Μεγάλες εξελίξεις μας φέρνουν πιο κοντά σε πλήρως αδέσμευτους μαλακούς ρομπότ

Ερευνητές από τη Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Χάρβαρντ (SEAS) και το Caltech έχουν αναπτύξει新的 μαλακές ρομποτικές συστήματα που εμπνέονται από το οριγκάμι. Αυτά τα νέα συστήματα μπορούν να κινούνται και να αλλάζουν σχήμα σε απάντηση εξωτερικών ερεθισμάτων. Οι νέες εξελίξεις μας φέρνουν πιο κοντά σε πλήρως αδέσμευτους μαλακούς ρομπότ. Τα μαλακά ρομπότ που διαθέτουμε σήμερα χρησιμοποιούν εξωτερική ενέργεια και έλεγχο. Λόγω αυτού, πρέπει να συνδέονται με εξωτερικά συστήματα με σκληρά компоненты.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Science Robotics. Η Τζένιφερ Α. Λιούις, καθηγήτρια του Τμήματος Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Χάρβαρντ και συν-επικεφαλής της μελέτης, μίλησε για τις νέες εξελίξεις.

«Η ικανότητα να ενσωματώνουμε ενεργές υλικές μέσα σε αντικείμενα τρισδιάστατης εκτύπωσης μας επιτρέπει να σχεδιάζουμε και να κατασκευάζουμε εντελώς νέες κατηγορίες μαλακών ρομποτικών υλικών», είπε.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το οριγκάμι ως μοντέλο για τη δημιουργία πολυλειτουργικών μαλακών ρομπότ. Το οριγκάμι, μέσω της ακολουθίας των πτυχώσεων, μπορεί να αλλάξει σε πολλαπλά σχήματα και λειτουργίες ενώ παραμένει σε μια seule δομή. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ελαστομερή υλικά που μπορούν να αλλάξουν σχήμα όταν εκτεθούν σε θερμότητα. Η ομάδα χρησιμοποίησε τρισδιάστατη εκτύπωση για να λάβει δύο τύπους μαλακών πτυχώσεων. Αυτές οι πτυχές πτυχώνουν ανάλογα με τη θερμοκρασία και μπορούν να προγραμματιστούν για να πτυχούν σε μια συγκεκριμένη σειρά.

Η Άρντα Κοτίκαν είναι μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο SEAS και στη Σχολή Τεχνών και Επιστημών και συν-πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

«Με τη μέθοδο της τρισδιάστατης εκτύπωσης των ενεργών πτυχώσεων, έχουμε πλήρη προγραμματισμό της απόκρισης στη θερμοκρασία, της ποσότητας του ροπής που μπορούν να ασκήσουν οι πτυχές, του γωνίου πτύχωσης και της φοράς πτύχωσης. Η μέθοδος κατασκευής μας διευκολύνει την ενσωμάτωση αυτών των ενεργών компонентів με άλλα υλικά», είπε.

Ο Κόνορ ΜακΜάχαν είναι μεταπτυχιακό φοιτητής στο Caltech και συν-πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

«Η χρήση πτυχώσεων καθιστά ευκολότερο τον προγραμματισμό των ρομποτικών λειτουργιών και τον έλεγχο του τρόπου με τον οποίο ένα ρομπότ θα αλλάξει σχήμα. Αντί να έχει ολόκληρο το σώμα του μαλακού ρομπότ να παραμορφώνεται με τρόπους που μπορεί να είναι δύσκολο να προβλεφθούν, χρειάζεται μόνο να προγραμματίσετε πώς θα ανταποκριθούν quelques μικρές περιοχές της δομής σας σε αλλαγές της θερμοκρασίας», είπε.

Η ομάδα των ερευνητών κατασκεύασε πολλά μαλακά συσκευές. Μια από αυτές τις συσκευές ήταν ένα αδέσμευτο μαλακό ρομπότ που ονομάζεται «Rollbot». Ξεκινά ως ένα επίπεδο φύλλο 8 εκατοστών μήκους και 4 εκατοστών πλάτους. Όταν έρχεται σε επαφή με μια ζεστή επιφάνεια περίπου 200°C, ένα σύνολο πτυχώσεων πτυχώνει και δίνει σχήμα στο ρομπότ σε μια πενταγωνική ρόδα.

Σε κάθε eine από τις πέντε πλευρές της ρόδας, υπάρχουν περισσότερα σύνολα πτυχώσεων που πτυχώνουν όταν έρχονται σε επαφή με μια ζεστή επιφάνεια.

«Πολλά υπάρχοντα μαλακά ρομπότ απαιτούν μια σύνδεση με εξωτερικά συστήματα ενέργειας και ελέγχου ή είναι περιορισμένα από τη ποσότητα δύναμης που μπορούν να ασκήσουν. Αυτές οι ενεργές πτυχές είναι χρήσιμες επειδή επιτρέπουν στα μαλακά ρομπότ να λειτουργούν σε περιβάλλοντα όπου οι συνδέσεις είναι ακατάλληλες και να σηκώνουν αντικείμενα πολλά φορές βαρύτερα από τις πτυχές», είπε ο ΜακΜάχαν.

Αυτή η έρευνα που διεξήχθη εστιάστηκε αποκλειστικά στις θερμικές απαντήσεις. Στο μέλλον, τα ελαστομερή υλικά θα μελετηθούν περαιτέρω καθώς μπορούν επίσης να ανταποκριθούν σε φως, pH, υγρασία και άλλα εξωτερικά ερεθίσματα.

«Αυτό το έργο δείχνει πώς η συνδυασμένη χρήση αντιδραστικών πολυμερών σε một αρχιτεκτονικό σύνθετο μπορεί να οδηγήσει σε υλικά με αυτο-ενέργεια σε απάντηση διαφορετικών ερεθισμάτων. Στο μέλλον, τέτοια υλικά μπορούν να προγραμματιστούν για να εκτελέσουν ακόμα πιο σύνθετες εργασίες, θολώνοντας τα όρια μεταξύ υλικών και ρομπότ», είπε η Κιάρα Ντάραιο, καθηγήτρια Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών στο Caltech και συν-επικεφαλής της μελέτης.

Η έρευνα περιελάμβανε συν-συγγραφείς την Έμιλι Σ. Ντέιβιντσον, την Τζαλίλα Μ. Μουχάμαντ και τον Ρόμπερτ Ντ. Γουίκς. Το έργο υποστηρίχθηκε από το Γραφείο Ερευνών του Στρατού, το Κέντρο Ερευνών Υλικών του Χάρβαρντ μέσω του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών και την Υποτροφία Ερευνών Τεχνολογίας Διαστήματος της NASA.