Επιστήμονες Δημιουργούν Ελαφριά Ρομπότ με Εμπνευση από τα Γόνατα των Αραχνών

Επιστήμονες στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για τα Ευφυή Συστήματα στη Γερμανία και στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Μπόλντερ στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν αναπτύξει νέα ελαφριά ρομπότ χρησιμοποιώντας τις αρχές των γονάτων των αραχνών.

Η έρευνα με τίτλο “Αραχνο-εμπνευσμένοι ηλεκτροϋδραυλικοί ενεργοποιητές για γρήγορους, μαλακούς ενεργοποιητές γονάτων” δημοσιεύθηκε στο Advanced Science.

Οι αράχνες συχνά χρησιμεύουν ως έμπνευση στον τομέα της ρομποτικής, ιδιαίτερα από τότε που κινούν τα άκρα τους μέσω υδραυλικών μηχανισμών ενεργοποίησης όταν κυνηγούν θήραμα, τους οποίους οι επιστήμονες προσπαθούν να εφαρμόσουν σε ρομπότ.

Χρησιμοποιώντας αυτές τις αρχές, η ομάδα των επιστημόνων μπόρεσε να οδηγήσει ρομπότ με άρθρωση χωρίς να υπάρχουν βαρέα εξαρτήματα και συνδετήρες, τα οποία βοηθούν να αποφευχθεί το βάρος και να αυξηθεί η μετακινούμενη και η ταχύτητα.

Λόγω της ελαφριάς και απλής δομής που χρησιμοποιείται στη κατασκευή του, το ρομπότ μπορεί να πηδήξει 10 φορές το ύψος του.

https://www.youtube.com/watch?v=XtZSv7ZcoxY

SES Joints

Οι επιστήμονες βασίστηκαν στα Αραχνο-εμπνευσμένα Ηλεκτροϋδραυλικά Μαλακά Ενεργοποιημένα Γόνατα, ή SES joints, για να επιτύχουν υψηλή απόδοση στα ρομπότ. Τα γόνατα μπορούν να ρυθμιστούν με διάφορους τρόπους, ακόμη και έξω από ένα αραχνο-ρομπότ.

Η έρευνα περιγράφει ένα διπλής κατεύθυνσης γόνατο, ένα πολυ-τμηματοποιημένο τεχνητό άκρο, και ένα τρι-δάκτυλο γριπ, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να πιάσει και να σηκώσει αντικείμενα. Όλα τα διαφορετικά δημιουργήματα έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά. Είναι ελαφριά, απλά και παρουσιάζουν υψηλή απόδοση, που σημαίνει ότι είναι χρήσιμα για ρομποτικά συστήματα που απαιτούν γρήγορη κίνηση και αλληλεπιδρούν με διαφορετικά περιβάλλοντα.

Τα SES joints βασίστηκαν στην HASEL τεχνολογία που είχε προηγουμένως εφευρεθεί από την ομάδα για να κατασκευάσει τεχνητό μυ.

Ανάπτυξη των Ρομπότ με Εμπνευση από τις Αράχνες

Οι επιστήμονες πρώτα δημιούργησαν einen ελαστικό σάκκο από λεπτά πλαστικά φίλμ, τα οποία γεμίζονταν με υγρό διαηλεκτρικό. Ηλεκτρόδια τοποθετήθηκαν σε κάθε πλευρά του σάκκου, και οι θύρες χρησίμευαν ως ενεργοποιητές, με την υδραυλική δύναμη που παράγεται μέσω ηλεκτροστατικών δυνάμεων.

Ο σάκκος συνδέεται με ένα περιστροφικό γόνατο, και όταν εφαρμοστεί υψηλή τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων, το υγρό διαηλεκτρικό μετατοπίζεται μέσα στον σάκκο και το γόνατο λυγίζει. Τα SES joints μπορούν να περιστραφούν μέχρι 70 μοίρες, που οδηγεί σε υψηλές ροπές, και μπορούν να επανέλθουν στην αρχική θέση πολύ εύκολα.

Ο Christoph Keplinger είναι Διευθυντής του Τμήματος Ρομποτικών Υλικών στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για τα Ευφυή Συστήματα.

“Τα SES joints είναι πολύ απλά και ελαφριά, καθώς δεν υπάρχουν περιφερειακά εξαρτήματα που ζυγίζουν το ρομπότ”, λέει ο Keplinger. “Πολλές εφαρμογές για μαλακά ρομπότ απαιτούν πολυμορφικούς ενεργοποιητές. Αυτά τα αραχνο-εμπνευσμένα γόνατα επιτρέπουν υψηλή λειτουργικότητα και καταναλώνουν μόνο λίγη ενέργεια, είναι εύκολο και φτηνό να κατασκευαστούν – τα πλαστικά που χρησιμοποιούμε είναι για συσκευασία τροφίμων – και η παραγωγή τους είναι εύκολα ανα比例. Αυτά είναι όλα χαρακτηριστικά που είναι κρίσιμα για το σχεδιασμό ρομπότ, τα οποία μπορούν να κινούνται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και να χειρίζονται ποικίλα αντικείμενα χωρίς να τα σπάσουν.”

Οι επιστήμονες επέδειξαν την πολυμορφία των SES joints μέσω της εφαρμογής ενός τρι-δάκτυλου γριπ. Αν ο γριπ βασίζονταν σε μια μυο-όμοια δομή, θα είχε εμποδιστεί όταν προσπαθούσε να πιάσει ένα αντικείμενο. Αλλά με τα SES joints ως τις πίβωτες, πολύ λιγότερος χώρος απαιτείται.

Ο Nicholas Kellaris είναι ο πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

“Η έρευνα ξεχωρίζει επειδή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα ευρύ φάσμα υλικών, ακόμη και το πλαστικό που χρησιμοποιείται για να κατασκευαστούν σακουλάκια για τσιπς, για να δημιουργήσουμε τους σάκκους”, λέει ο Kellaris. “Έτσι μπορούμε να εφαρμόσουμε SES σε ένα ευρύ φάσμα γεωμετριών με ειδικά ρυθμισμένες χαρακτηριστικές ενεργοποίησης.”

Ο Phillip Rothemund είναι ο δεύτερος συγγραφέας της δημοσίευσης.

“Ο τελικός στόχος της έρευνάς μας δεν ήταν να δημιουργήσουμε ένα αραχνο-ρομπότ”, προσθέτει ο Rothemund. “Θελήσαμε να αναπτύξουμε ένα state-of-the-art, ενεργό γόνατο που μπορείτε να τοποθετήσετε σε οποιοδήποτε είδος ρομπότ.”