اخیراً محققان در جورجیا تکنیک رونمایی از یک دستاورد چشمگیر: یک روبات نرم 5 اینچی که می تواند خود را 10 فوت به هوا-ارتفاع یک حلقه بسکتبال-بدون هیچ پا کند. این طرح با الهام از نماتد فروتن ، یک کرم گرد کوچک نازک تر از موهای انسانی که می تواند بارها و بارها از طول بدن خود پرش کند ، الهام گرفته شده است.
این کرم با فشار دادن بدن خود به لنگه های محکم ، انرژی الاستیک را ذخیره می کند و سپس ناگهان آن را آزاد می کند و مانند یک ژیمناستیک آکروباتیک خود را به سمت آسمان یا عقب می چرخاند. مهندسان این حرکت را تقلید کردند. ربات “SoftJM” آنها در واقع یک میله سیلیکونی انعطاف پذیر با ستون فقرات فیبر کربن سفت است. بسته به نحوه خم شدن آن ، می تواند به جلو یا عقب جهش کند – حتی اگر چرخ و پاها ندارد.
در عمل ، روبات با الهام از نماتد بسیار شبیه به چمباتمه زدن شخص است ، سپس به طور انفجاری از پرش استفاده می کند. یک دوربین با سرعت بالا نشان می دهد که چگونه کرم سر خود را به سمت بالا و خمیده در وسط بدن خود قرار می دهد تا به عقب برسد ، سپس صاف می شود و در دم می چرخد تا به جلو پرش کند.
تیم تکنیک جورجیا دریافت که این خم های تنگ – که به طور معمول در شیلنگ ها یا کابل ها مشکلی دارند – در واقع اجازه می دهند کرم و فروشگاه ربات انرژی بیشتری داشته باشند. همانطور که یکی از محققان خاطرنشان کرد ، نی یا شیلنگ های خاردار بی فایده است ، اما یک کرم لگد مانند چشمه بارگذاری شده عمل می کند. در آزمایشگاه ربات نرم تکثیر شده این ترفند: آن را “وسط یا دم خود” می کند ، تنش می یابد ، و سپس در پشت سر هم (تقریباً یک دهم میلی ثانیه) آزاد می شود تا به هوا بپیوندد.
روبات های نرم در حال افزایش است
روباتیک نرم یک میدان جوان اما به سرعت در حال رشد است که اغلب از طبیعت نشانه هایی می گیرد. بر خلاف ماشین های فلزی سفت و سخت ، روبات های نرم از مواد انعطاف پذیر ساخته شده اند که می توانند با محیط اطراف خود فشار ، کشش و سازگار شوند. نقاط عطف اولیه در این زمینه شامل Octobot هاروارد – یک روبات خودمختار که کاملاً از کانال های سیلیکون و سیال ساخته شده است ، بدون قسمت سفت و سخت ، با الهام از عضلات اختاپوس. از آن زمان ، مهندسان یک ماشین آلات نرم ساخته اند: از خزنده های کرم مانند و دستگیره های تند و تیز گرفته تا لباس های پوشیدنی “لباس های اگزو” و روبات های مانند تاک.
به عنوان مثال ، محققان ییل یک ربات نرم با الهام از لاک پشت ایجاد کردند که پاهای آن بسته به اینکه شنا یا پیاده روی است ، بین پاهای فلاپی و “پاهای زمینی” تغییر می کند. در UCSB ، دانشمندان یک روبات مانند تاک ساختند که با استفاده از “پوست” حساس به نور به سمت نور رشد می کند-به معنای واقعی کلمه خود را از طریق فضاهای باریک مانند ساقه گیاه گسترش می دهد. این و سایر نوآوری های الهام گرفته از زیستی نشان می دهد که چگونه مواد نرم می توانند حالت های جدید حرکت را ایجاد کنند.
به طور کلی ، هواداران می گویند که روبات های نرم می توانند در مکان هایی قرار بگیرند که روبات های سنتی نمی توانند. در یادداشت های بنیاد ملی علوم ایالات متحده این ماشینهای نرم تطبیقی ”فضاهایی را که قبلاً توسط روبات های سنتی غیرقابل دسترسی بودند” کشف می کنند – حتی در داخل بدن انسان. برخی از روبات های نرم دارای “پوستهای” قابل برنامه ریزی هستند که سفتی یا رنگ را برای مخلوط کردن یا گرفتن اشیاء تغییر می دهند. مهندسان نیز در حال کاوش هستند تکنیک های اریگامی/کیریگامی، پلیمرهای حافظه شکل و سایر ترفندها بنابراین این روبات ها می توانند در پرواز دوباره پیکربندی کنند.
حرکت انعطاف پذیر مهندسی
ساختن یک ربات نرم مانند یک حیوان با چالش های بزرگی همراه است. بدون اتصالات یا موتورهای سخت ، طراحان باید به خصوصیات مواد و هندسه هوشمندانه اعتماد کنند. به عنوان مثال ، بلوز جورجیا تکنیک مجبور بود یک ستون فقرات با فیبر کربن را در بدن لاستیکی خود قرار دهد تا عمل بهاری به اندازه کافی قدرتمند شود. ادغام سنسورها و سیستم های کنترل نیز مشکل است. به عنوان مهندسان ایالت پن اشاره کردند، الکترونیک سنتی سفت است و یک ربات نرم را در جای خود یخ می زند.
برای اینکه ربات کوچک نجات خزنده خود را “هوشمندانه” کنند ، مجبور شدند مدارهای انعطاف پذیر را با دقت در بدن پخش کنند تا هنوز هم خم شود. حتی پیدا کردن منابع انرژی سخت تر است: برخی از روبات های نرم از میدان های مغناطیسی خارجی یا هوای تحت فشار استفاده می کنند زیرا حمل باتری سنگین باعث کاهش وزن آنها می شود.
روبات های نرم با الهام از نماتد از Georgia Tech (عکس: Candler Hobbs)
یک مانع دیگر بهره برداری از فیزیک مناسب است. تیم Nematode-Robot فهمید که Kinks در واقع کمک می کند. در یک لوله لاستیکی معمولی ، یک لگد به سرعت جریان را متوقف می کند. اما در یک کرم نرم فشار داخلی را آهسته می کند و قبل از انتشار خم بسیار بیشتری می شود. محققان با آزمایش شبیه سازی ها و حتی مدلهای بالون پر از آب ، نشان دادند که بدن انعطاف پذیر آنها می تواند انرژی الاستیک زیادی را هنگام خم نگه دارد ، سپس آن را در یک هاپ سریع رها کنید. نتیجه قابل توجه است: از استراحت ، ربات می تواند با انعطاف پذیری ستون فقرات خود 10 فوت بالا پرش کند. این پیشرفت ها – یافتن راه هایی برای ذخیره وت رهایی انرژی در مواد لاستیکی – نمونه مهندسی روباتیک نرم است.
هاپ و یاران در دنیای واقعی
همه این روبات های نرم برای چه مواردی هستند؟ در اصل ، آنها می توانند برای ماشینهای سفت و سخت با موقعیت های بسیار خطرناک یا بی دست و پا مقابله کنند. به عنوان مثال ، در مناطق فاجعه ، ربات های نرم می توانند در زیر آوار یا در ساختمانهای فروپاشی پیچیده شوند تا بازماندگان را پیدا کنند. ایالت پن یک خزنده نرم کنترل شده مغناطیسی را نشان داد که می تواند در بقایای تنگ حرکت کند یا حتی از طریق کانال های اندازه کشتی خون حرکت کند.
در پزشکی ، روبات های نرم میکروسکوپی می توانند داروها را مستقیماً در بدن تحویل دهند. در یک مطالعه MIT ، یک روبات نرم و نازک نخ تاین از طریق شریان ها و لخته های شفاف ، که به طور بالقوه سکته مغزی را بدون جراحی باز درمان می کند ، پیش بینی می شد. دانشمندان هاروارد در حال کار بر روی اسکلت های نرم پوشیدنی نیز هستند – یک آستین بادی سبک که به بیماران مبتلا به ALS کمک می کند تا شانه را بالا ببرد و بلافاصله دامنه حرکت آنها را بهبود بخشد.
آژانس های فضایی نیز به جهش های نرم نگاه می کنند. چرخ ها می توانند روی شن و ماسه یا سنگ گیر کنند ، اما یک ربات پرشور می تواند بر دهانه ها و تپه ها طاق کند. ناسا حتی در حال تصور پرش های رمان برای ماه و قمرهای یخی است. در یک مفهوم ، یک ربات به اندازه توپ فوتبال نامیده می شود گنجشک از جت های بخار (از یخ آب پز) استفاده می کند تا مایل های زیادی در اروپا یا Enceladus داشته باشد. در وزن کم آن قمرها ، یک پرش کوچک بسیار طولانی پیش می رود-دانشمندان خاطرنشان می کنند که جهش یک متری یک روبات بر روی زمین می تواند صد متری آن را بر روی Enceladus حمل کند. ایده این است که ده ها نفر از این هوپر ها می توانند در زمین های بیگانه “با آزادی کامل برای مسافرت” که در آن روورهای چرخدار متوقف می شوند ، بچرخند. در پشت زمین ، پرش های نرم آینده می توانند با جهش از رودخانه ها ، گل یا زمین ناپایدار که جلوی روبات های معمولی را می گیرد ، در ماموریت های جستجو و نجات کمک کنند.
روبات های نرم همچنین در صنعت و کشاورزی کار می کنند. NSF خاطرنشان می کند که آنها می توانند در طبقه های کارخانه یا مزارع یاران ایمن شوند ، زیرا اگر یک انسان در راه باشد ، پیروی می کنند. محققان حتی وسایل نقلیه نرم ساخته اند که به آرامی میوه های ظریف را بدون کبودی آن انتخاب می کنند. انعطاف پذیری ماشین های نرم به این معنی است که آنها می توانند در مکان های بسیار کوچک یا انعطاف پذیر برای دستگاه های سفت و سخت عمل کنند.
در پایان ، کارشناسان معتقدند که روباتیک نرم اساساً بسیاری از زمینه ها را تغییر خواهد داد. از کرم ها گرفته تا لباس های پوشیدنی گرفته تا حیوانات قمری ، این موضوع تحقیق نشان می دهد که چگونه مطالعه موجودات ریز می تواند پرش های بزرگی در فناوری داشته باشد.
