Πioneering Βιώσιμη Μαλακή Ρομποτική: Βιοδιασπώμενοι Τεχνητοί Μύες για ένα Πράσινο Μέλλον

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Max Planck για τα Έξυπνα Συστήματα (MPI-IS) στο Στουτγκάρδη, Γερμανία, το Πανεπιστήμιο Johannes Kepler (JKU) στο Λιντς, Αυστρία, και το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο (CU Boulder), Boulder, ΗΠΑ, έχουν φέρει τη βιωσιμότητα στο επίκεντρο της μαλακής ρομποτικής.

Μαζί, ανέπτυξαν einen πλήρως βιοδιασπώμενο, υψηλής απόδοσης τεχνητό μυ made από желатίνη, λάδι και βιοπλαστικά. Οι επιστήμονες επέδειξαν το δυναμικό αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας χρησιμοποιώντας την για να αναμείνουν einen ρομποτικό χεράκι, ιδιαίτερα επωφελή για εφαρμογές μιας χρήσης όπως η συλλογή αποβλήτων. Αυτοί οι τεχνητοί μύες μπορούν να απορριφθούν σε κοινοτικά κάδους κομποστ και να διασπαστούν πλήρως μέσα σε έξι μήνες υπό ελεγχόμενες συνθήκες.

Η Ellen Rumley, επισκέπτρια ερευνήτρια από το CU Boulder που εργάζεται στο Τμήμα Ρομποτικών Υλικών στο MPI-IS και συν-πρώτος συγγραφέας του άρθρου, υπογραμμίζει τη σημασία των βιώσιμων υλικών στη μαλακή ρομποτική:

“Τα βιοδιασπώμενα μέρη θα μπορούσαν να προσφέρουν μια βιώσιμη λύση, ιδιαίτερα για εφαρμογές μιας χρήσης, όπως για ιατρικές επιχειρήσεις, αποστολές έρευνας και διάσωσης και χειρισμό επικίνδυνων ουσιών. Αντί να συσσωρευτούν σε χωματερές στο τέλος του κύκλου ζωής του προϊόντος, τα ρομπότ του μέλλοντος θα μπορούσαν να γίνουν κομπόστ για την ανάπτυξη φυτών στο μέλλον.”

Ανάπτυξη Βιοδιασπώμενων Τεχνητών Μυών HASEL

Οι ερευνητές δημιούργησαν einen ηλεκτρικά κινητοποιημένο τεχνητό μυ ονομάζεται HASEL (Υδραυλικά Ενισχυμένοι Αυτο-θεραπεύοντες Ηλεκτροστατικοί Εκκινητές). Τα HASEL είναι σακουλάκια γεμάτα λάδι που καλύπτονται μερικώς από ένα ζευγάρι ηλεκτρικών αγωγών που ονομάζονται ηλεκτρόδια. Όταν εφαρμοστεί υψηλή τάση μεταξύ του ζευγαριού ηλεκτροδίων, αντίθετες φορτίσεις δημιουργούνται, παράγοντας μια δύναμη που ωθεί το λάδι σε μια περιοχή του σακουλακιού χωρίς ηλεκτρόδια. Αυτή η μετανάστευση του λαδιού οδηγεί σε συστολή του σακουλακιού, παρόμοια με einen πραγματικό μυ. Για τα HASEL να διαμορφωθούν, τα υλικά που χρησιμοποιούνται για το πλαστικό σακουλάκι και το λάδι πρέπει να είναι ηλεκτρικοί μονωτές ικανοί να αντέχουν τις υψηλές ηλεκτρικές τάσεις που παράγονται από τα φορτισμένα ηλεκτρόδια.

Μια κρίσιμη πρόκληση ήταν η ανάπτυξη ενός αγωγού, μαλακού και πλήρως βιοδιασπώμενου ηλεκτροδίου. Οι ερευνητές στο JKU δημιούργησαν μια συνταγή χρησιμοποιώντας eine μίξη από βιοπολυμερή желатίνη και άλατα που θα μπορούσαν να κασταριστούν trực tiếp πάνω στα εκκινητές HASEL.

Ο David Preninger, συν-πρώτος συγγραφέας για αυτό το έργο και επιστήμονας στο Τμήμα Φυσικής Μαλακών Υλικών στο JKU, εξηγεί:

“Ήταν σημαντικό για μας να δημιουργήσουμε ηλεκτρόδια κατάλληλα για αυτές τις υψηλές εφαρμογές, αλλά με εύκολα διαθέσιμα συστατικά και μια προσιτή στρατηγική κατασκευής.”

Πηγή Εικόνας: Ινστιτούτο Max Plank

Ηλεκτρική Απόδοση και Βιοδιασπώμενα Πλαστικά

Το επόμενο εμπόδιο ήταν η ταυτοποίηση κατάλληλων βιοδιασπώμενων πλαστικών. Οι μηχανικοί συνήθως δίνουν προτεραιότητα σε παράγοντες όπως ο ρυθμός διάσπασης και η μηχανική αντοχή έναντι της ηλεκτρικής μόνωσης, μιας απαιτούμενης προϋπόθεσης για τα HASEL που λειτουργούν σεหลาย χιλιάδες βολτ. Ωστόσο, ορισμένα βιοπλαστικά απέδειξαν καλή συμβατότητα με ηλεκτρόδια από желатίνη και επαρκή ηλεκτρική μόνωση.

Μια συγκεκριμένη συνδυασμός υλικών επέτρεψε στα HASEL να αντέξουν 100.000 κύκλους ενεργοποίησης σεหลาย χιλιάδες βολτ χωρίς ηλεκτρική αποτυχία ή απώλεια απόδοσης. Αυτοί οι βιοδιασπώμενοι τεχνητοί μύες είναι ηλεκτρομηχανικά ανταγωνιστικοί με τους μη βιοδιασπώμενους ομόλογούς τους, προωθώντας τη βιωσιμότητα στην τεχνολογία τεχνητών μυών.

Η Ellen Rumley διευρύνει την επίδραση της έρευνάς τους:

“Επιδεικνύοντας την εξαιρετική απόδοση αυτού του νέου συστήματος υλικών, δίνουμε ένα κίνητρο για την κοινότητα ρομποτικής να θεωρήσει τα βιοδιασπώμενα υλικά ως μια βιώσιμη επιλογή για την κατασκευή ρομποτών. Το γεγονός ότι επιτύχαμε τόσο καλά αποτελέσματα με βιο-πλαστικά, ελπίζουμε επίσης να мотιβάρει άλλους επιστήμονες υλικών να δημιουργήσουν νέα υλικά με βελτιωμένη ηλεκτρική απόδοση.”

Μελλοντικές Προοπτικές και Εφαρμογές

Η ανάπτυξη βιοδιασπώμενων τεχνητών μυών ανοίγει νέες πόρτες για το μέλλον της ρομποτικής. Ενσωματώνοντας βιώσιμα υλικά στη ρομποτική τεχνολογία, οι επιστήμονες μπορούν να μειώσουν την περιβαλλοντική επίδραση των ρομποτών, ιδιαίτερα σε εφαρμογές όπου οι συσκευές μιας χρήσης είναι διαδεδομένες. Η επιτυχία αυτής της έρευνας ανοίγει το δρόμο για την εξερεύνηση περισσότερων βιοδιασπώμενων组οντων και τον σχεδιασμό ολοκληρωτικά οικολογικών ρομποτών.

Οι πιθανές εφαρμογές για βιοδιασπώμενους μαλακούς ρομποτές εκτείνονται πέρα από τη συλλογή αποβλήτων και τις ιατρικές επιχειρήσεις. Αυτοί οι ρομποτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην περιβαλλοντική παρακολούθηση, τη γεωργία και ακόμη και στα καταναλωτικά ηλεκτρονικά, μειώνοντας το βάρος στα χωματερές και συμβάλλοντας σε μια κυκλική οικονομία.

Καθώς η έρευνα συνεχίζεται, η ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει thêm τα υλικά και τις διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στη δημιουργία βιοδιασπώμενων τεχνητών μυών. Συνεργαζόμενοι με άλλους ειδικούς στην επιστήμη των υλικών και τη ρομποτική, στοχεύουν να αναπτύξουν νέες τεχνολογίες που θα προωθήσουν το πεδίο της βιώσιμης μαλακής ρομποτικής. Οι ερευνητές ελπίζουν να ενθαρρύνουν την υιοθέτηση βιοδιασπώμενων υλικών σε διάφορους κλάδους, προάγοντας μια πιο οικολογική προσέγγιση στην ανάπτυξη τεχνολογίας.

Το πρωτοποριακό έργο αυτής της διεθνούς ερευνητικής ομάδας αντιπροσωπεύει einen κρίσιμο βήμα προς ένα πιο βιώσιμο μέλλον για τη μαλακή ρομποτική. Επιδεικνύοντας τη βιωσιμότητα και την απόδοση των βιοδιασπώμενων τεχνητών μυών, ανοίγουν το δρόμο για περαιτέρω προόδους στη πράσινη τεχνολογία και εμπνέουν την κοινότητα ρομποτικής να εξετάσει βιώσιμες εναλλακτικές για τις δημιουργίες τους.