Μηχανικοί Ανάπτυξαν Ρομπότ Χωρίς Ηλεκτρονικά που Μπορεί να Παρακολουθεί τις Συνθήκες του Νερού

Μια ομάδα μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Duke έχει αναπτύξει ένα νέο ρομπότ χωρίς ηλεκτρονικά, που μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην παρακολούθηση των περιβαλλοντικών συνθηκών στο μέλλον. Το ρομπότ έχει σχήμα λιβαδιού και μπορεί να διασχίζει το νερό ενώ αντιδρά σε περιβαλλοντικές συνθήκες όπως το pH, η θερμοκρασία και η παρουσία πετρελαίου.

Η νέα απόδειξη της αρχής λεπτομερήθηκε στο περιοδικό Advanced Intelligent Systems στις 25 Μαρτίου. 

Τα μαλακά ρομπότ συνεχίζουν να προοδεύουν και να βελτιώνονται, και αυξάνουν τη σημασία τους λόγω της ευελιξίας τους. Είναι ικανά να χειρίζονται ευαίσθητα αντικείμενα όπως βιολογικά ιστό, και μπορούν να ταιριάζουν σε στενότερους χώρους σε σύγκριση με άλλα σκληρά ρομπότ. 

Ο Shyni Varghee, ο υπεύθυνος για την ιδέα, είναι καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής, μηχανικής και επιστήμης των υλικών, και ορθοπεδικής χειρουργικής στο Duke.

Ο Vardham Kumas είναι φοιτητής διδακτορικού στο εργαστήριο του Varghese και πρωτεύων συγγραφέας του εγγράφου. 

«Λάβαμε ένα email από τον Shyni από το αεροδρόμιο λέγοντας ότι είχε μια ιδέα για ένα μαλακό ρομπότ που χρησιμοποιεί ένα αυτο-θεραπεύσιμο υδρογέλ που η ομάδα του είχε εφεύρει στο παρελθόν για να αντιδράσει και να κινηθεί αυτονομικά», είπε ο Kumar. «Αλλά αυτό ήταν το σύνολο του email, και δεν άκουσα ξανά από αυτόν για ημέρες. Έτσι η ιδέα παρέμεινε σελιδοδείκτης για λίγο μέχρι να είχα αρκετό ελεύθερο χρόνο για να την αναπτύξω, και ο Shyni είπε να το κάνω.»

Αυτο-θεραπεύσιμο Υδρογέλ

Πίσω στο 2012, το εργαστήριο του Varghese ανέπτυξε ένα αυτο-θεραπεύσιμο υδρογέλ που μπορεί να αντιδράσει σε αλλαγές του pH σε λίγα δευτερόλεπτα. Μια αλλαγή στη οξύτητα προκαλεί τη δημιουργία νέων δεσμών στο υδρογέλ, και αυτό μπορεί να αναστραφεί όταν το pH επιστρέψει στο αρχικό επίπεδο.

Μέρος της νέας ιδέας του Varghese ήταν να χρησιμοποιήσει το υδρογέλ σε ένα μαλακό ρομπότ για να το ermögείσει να ταξιδέψει πάνω από το νερό ενώ ανιχνεύει αλλαγές του pH σε διαφορετικές θέσεις. Αναζήτησε έναν τρόπο για το εργαστήριο να δημιουργήσει αυτό το είδος ρομπότ που ενεργεί σαν ένα αυτονομικό περιβαλλοντικό αισθητήρα.

Συνεργάστηκε με τον Ung Hyun Ko, έναν μεταδιδακτορικό ερευνητή στο εργαστήριο του Varghese, ο Kumar σχεδίασε ένα μαλακό ρομπότ βασισμένο σε μια μύγα. Μετά από πολλές προσπάθειες, η ομάδα αποφάσισε το σχήμα μιας λιβαδιού, και ήταν σχεδιασμένο με ένα δίκτυο εσωτερικών μικροκαναλιών που το ermögεί να ελεγχθεί από την αεροπίεση.

Το σώμα του μαλακού ρομπότ είναι περίπου 2,25 ίντσες μακρύ, και η διάμετρος των πτερύγων του είναι 1,4 ίντσες. Δημιουργήθηκε με την ανάμειξη σιλικόνης σε ένα αλουμινένιο καλούπι πριν από το ψήσιμο. Η μαλακή λιθογραφία χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία εσωτερικών καναλιών που συνδέθηκαν με σιλικόνη σωλήνα.

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

DraBot

Το αποτέλεσμα του μαλακού ρομπότ ονομάστηκε DraBot. 

«Η λήψη του DraBot για να αντιδράσει στον έλεγχο της αεροπίεσης σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιώντας μόνο αυτο-δραστήρια χωρίς ηλεκτρονικά ήταν δύσκολο», είπε ο Ko. «Αυτό ήταν σίγουρα το πιο δύσκολο μέρος.»

Το DraBot ελέγχει την αεροπίεση που εισέρχεται στα πτερύγια του, και τα μικροκαναλία μεταφέρουν τον αέρα στο μπροστινό πτέρυγα. Στη συνέχεια, ο αέρας διαφεύγει από οπές που είναι κατευθυνμένες απευθείας στο πίσω πτέρυγα. Το DraBot δεν θα κινηθεί αν η ροή του αέρα μπλοκαριστεί από cả τα πίσω πτέρυγα να είναι κάτω. Ωστόσο, αν και τα δύο πτέρυγα είναι πάνω, κινείται προς τα εμπρός. 

Η ομάδα ανέπτυξε επίσης βαλβίδες που να δίνουν περισσότερο έλεγχο, και βρίσκονται κάτω από κάθε πτέρυγα κοντά στο σώμα του ρομπότ. Όταν αυτές οι βαλβίδες φουσκώνουν, το πτέρυγα καμπυλώνεται προς τα πάνω, και οι ερευνητές μπορούν να ελέγχουν πού πάει το ρομπότ με την αλλαγή των πτερύγων που είναι πάνω ή κάτω.

«Ηταν χαρούμενοι όταν μπόρεσα να ελέγξω το DraBot, αλλά βασίζεται σε ζωντανούς οργανισμούς», είπε ο Kumar. «Και οι ζωντανοί οργανισμοί δεν κινηθούν μόνο αυτονομικά, αντιδράσουν στο περιβάλλον τους.» 

Η ομάδα χρησιμοποίησε το αυτο-θεραπεύσιμο υδρογέλ ζωγραφίζοντας ένα σύνολο πτερύγων με αυτό, το οποίο έκανε το DraBot αντιδραστικό σε αλλαγές του pH του νερού. Αν είναι πολύ οξύ, το μπροστινό πτέρυγα μιας πλευράς συνδέεται με το πίσω, προκαλώντας το ρομπότ να γυρίζει σε κύκλο αντί να κινηθεί ευθύγραμμα. Μετά το pH επιστρέψει στο φυσιολογικό επίπεδο, το υδρογέλ αναστρέφεται και τα πτέρυγα χωρίζονται ξανά, επιτρέποντας στο DraBot να γίνει πλήρως αντιδραστικό στις εντολές. 

Οι ερευνητές πρόσθεσαν επίσης υλικά που αντιδρούν στη θερμοκρασία, τα οποία ermögουν στο DraBot να διασχίζει το νερό και να απορροφά πετρέλαιο με σφουγγάρια. Το χρώμα των σφουγγαριών αλλάζει ανάλογα με το χρώμα του πετρελαίου, και όταν το νερό είναι πολύ ζεστό, τα πτέρυγα του ρομπότ αλλάζουν χρώμα επίσης. 

Οι νέες εξελίξεις μπορούν να βοηθήσουν στην καταπολέμηση των περιβαλλοντικών προβλημάτων στο μέλλον. Για παράδειγμα, ένα τέτοιο ρομπότ θα μπορούσε να ανιχνεύσει την οξίνιση του γλυκού νερού, η οποία επηρεάζει διάφορες γεωλογικά ευαίσθητες περιοχές. Θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην ανίχνευση των διαρροών πετρελαίου νωρίς ή να ανιχνεύσει πρώιμα σημάδια της ερυθράς παλίρροιας και της αποχρωμάτωσης των κοραλλιών.