Inženýři vyvinuli robot bez elektroniky, který může monitorovat podmínky vody

Tým inženýrů z Duke University vyvinul nový robot bez elektroniky, který by mohl sehrát velkou roli při monitorování environmentálních podmínek ve budoucnu. Robot je tvarován jako vážka a může se pohybovat po vodě, zatímco reaguje na environmentální podmínky, jako je pH, teplota a přítomnost oleje.

Nová demonstrace principu byla popsána v časopise Advanced Intelligent Systems 25. března.

Měkké roboty pokračují ve vývoji a zlepšování a rostou v důležitosti díky své všestrannosti. Jsou schopny manipulovat s jemnými objekty, jako jsou biologické tkáně, a mohou se vejít do užších prostorů ve srovnání s jinými tuhými roboty.

Shyni Varghee, která je zodpovědná za tuto myšlenku, je profesorka biomedicínského inženýrství, mechanického inženýrství a materiálové vědy a ortopedické chirurgie na Duke University.

Vardham Kumas je doktorand v laboratoři Varghese a první autor článku.

„Dostal jsem e-mail od Shyni z letiště, že má nápad na měkkého robota, který využívá samo-hojivou hydrogel, kterou její skupina vynalezla v minulosti, aby reagoval a pohyboval se autonomně,“ řekl Kumar. „Ale to byl celý e-mail a já jsem už neslyšel od ní po několik dní. Takže nápad trochu visel ve vzduchu, dokud jsem neměl dostatek času, abych ho mohl sledovat, a Shyni řekla, aby šel za ním.“

Samo-hojivá hydrogel

V roce 2012 laboratoř Varghese vyvinula samo-hojivou hydrogel, která je schopna reagovat na změny pH během několika sekund. Změna kyselosti způsobí tvorbu nových vazeb v hydrogelu, a to lze vrátit zpět, když se pH vrátí na původní úroveň.

Část nápadu Varghese spočívala v použití hydrogelu na měkkém robotu, aby mohl cestovat po vodě a detekovat změny pH na různých místech. Hledala způsob, jak by laboratoř mohla vyvinout takový robot, který by fungoval jako autonomní environmentální senzor.

Spolu s Ung Hyun Ko, postdoktorandem v laboratoři Varghese, Kumar navrhl měkkého robota ve tvaru mouchy. Po několika pokusech se tým rozhodl pro tvar vážky a byl navržen s vnitřní sítí mikrokanálů, které umožňují jeho ovládání pomocí vzduchového tlaku.

Tělo měkkého robota je asi 5,7 cm dlouhé a jeho rozpětí je 3,6 cm. Byl vytvořen nalitím silikonu do hliníkové formy a následným pečením. Použita byla měkká litografie k vytvoření vnitřních kanálů, které byly spojeny se silikonovým potrubím.

https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s

DraBot

Vzniklý měkký robot byl nazván DraBot.

„Získání DraBotu, aby reagoval na vzduchový tlak na dlouhé vzdálenosti pomocí samo-aktuatorů bez elektroniky, bylo obtížné,“ řekl Ko. „To byla určitě nejobtížnější část.“

DraBot ovládá vzduchový tlak, který vstupuje do jeho křídel, a mikrokanály pak odvádějí vzduch do předních křídel. Poté uniká skrze otvory, které jsou namířeny přímo do zadních křídel. DraBot se nebude pohybovat, pokud je vzduchový tok zablokovaný oběma zadními křídly. Pokud jsou však obě křídla nahoru, pohybuje se dopředu.

Tým také vyvinul balónkové aktuátory, aby měli větší kontrolu, a jsou umístěny pod každým zadním křídlem poblíž těla robota. Když jsou tyto aktuátory nafouknuty, křídlo se ohne nahoru a výzkumníci mohou ovládat, kam se robot pohybuje, změnou polohy křídel.

„Byli jsme rádi, když jsme mohli ovládat DraBot, ale je založen na živých věcech,“ řekl Kumar. „A živé věci se nepohybovaly samy, reagovaly na své prostředí.“

Tým využil samo-hojivou hydrogel tak, že ji natíral na jednu sadu křídel, což učinilo DraBot reagovat na změny pH ve vodě. Pokud je pH příliš kyselé, přední křídlo jedné strany se spojí se zadním křídlem, což způsobí, že robot bude rotovat v kruhu místo přímého pohybu. Po návratu pH na normální úroveň se hydrogen vrátí zpět a křídla se opět oddělí, což umožňuje DraBotovi plně reagovat na příkazy.

Výzkumníci také přidali materiály reagující na teplotu, které umožňují DraBotu pohybovat se po vodě a absorbovat olej pomocí houbových materiálů. Barva houbových materiálů se mění v závislosti na barvě oleje a když je voda příliš teplá, křídla robota také mění barvu.

Nový vývoj by mohl pomoci bojovat proti environmentálním problémům v budoucnu. Například takový robot by mohl detekovat acidifikaci sladké vody, která postihuje různé geologicky citlivé oblasti. Může také pomoci detekovat úniky ropy nebo raná znamení rudé přílivu a koroze korálů.