Συνθετικό Υλικό Επιτρέπει στους Μαλακούς Ρομπότ να Εξελίσσονται Όπως τα Φυτά

Μια ομάδα επιστημόνων και μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Μινεσότα έχει αναπτύξει μια διαδικασία εξώθησης που εμπνέεται από τα φυτά, η οποία επιτρέπει την ανάπτυξη συνθετικού υλικού, γεγονός που θα μπορούσε να επιτρέψει στους μαλακούς ρομπότ να εξελίσσονται όπως τα φυτά. Η μέθοδος είναι καινοτόμος και νέα, και οι αντίστοιχοι ρομπότ θα μπορούσαν να πλοηγηθούν σε στενά σημεία, περίπλοκο έδαφος και ακόμη και σε περιοχές μέσα στο ανθρώπινο σώμα.

Η έρευνα, η οποία χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Ρομπότ που “Εξελίσσονται” Όταν Κινηθούν

Ο Chris Ellison είναι ο βασικός συγγραφέας του εγγράφου και καθηγητής στο Τμήμα Χημικής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου του Μινεσότα Twin Cities.

«Αυτή είναι η πρώτη φορά που αυτές οι έννοιες έχουν αποδειχθεί θεμελιωδώς», είπε ο Ellison. «Η ανάπτυξη νέων μεθόδων κατασκευής είναι απαραίτητη για την ανταγωνιστικότητα της χώρας μας και για την εισαγωγή νέων προϊόντων στους ανθρώπους. Από την πλευρά των ρομπότ, τα ρομπότ χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε επικίνδυνες, απομακρυσμένες περιβάλλοντα, και αυτές είναι οι περιοχές όπου αυτό το έργο θα μπορούσε να έχει επίδραση».

Οι μαλακοί ρομπότ είναι ρομπότ που κατασκευάζονται από μαλακά και εύκαμπτα υλικά αντί για σκληρά υλικά, και αυτού του είδους οι μαλακοί ρομπότ που εξελίσσονται μπορούν να παράγουν νέο υλικό και να “εξελίσσονται” καθώς κινούνται. Θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε eine ποικιλία εφαρμογών και είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την πλοήγηση σε απομακρυσμένες περιοχές που οι άνθρωποι δεν μπορούν να προσεγγίσουν. Πρακτικές εφαρμογές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν επιθεωρήσεις ή εγκατάσταση υπόγειων σωλήνων ή πλοήγηση μέσα στο ανθρώπινο σώμα.

Οι μαλακοί ρομπότ που έχουμε τώρα αφήνουν πίσω τους ένα ίχνος από στερεό υλικό, και χρησιμοποιούν θερμότητα και/ή πίεση για να μετατρέψουν το υλικό σε μια πιο μόνιμη δομή. Οι ερευνητές συγκρίνουν αυτό με einen 3D εκτυπωτή, ο οποίος τροφοδοτείται με στερεό φιλμ για να παράγει ένα διαμορφωμένο προϊόν. Παρά τούτο, το μαλακό υλικό γίνεται δύσκολο όταν το ρομπότ πρέπει να κινηθεί γύρω από στροφές, που σημαίνει ότι είναι δύσκολο για τα ρομπότ να πλοηγηθούν σε ορισμένα εμπόδια.

Ανάπτυξη Νέων Μέσων Εξώθησης

Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, η ομάδα ανέπτυξε μια νέα μέθοδο εξώθησης. Η νέα διαδικασία περιλαμβάνει υλικό που ωθείται μέσω μιας ανοίγματος για να δημιουργηθεί một συγκεκριμένος σχήμα, και επιτρέπει στο ρομπότ να δημιουργήσει το συνθετικό του υλικό από υγρά αντί για στερεά.

Ο Matthew Hausladen είναι ο βασικός συγγραφέας του εγγράφου και φοιτητής διδακτορικού στο Τμήμα Χημικής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου του Μινεσότα Twin Cities.

«Ήμασταν πραγματικά εμπνευσμένοι από το πώς τα φυτά και τα μύκητες εξελίσσονται», είπε ο Hausladen. «Πήραμε την ιδέα ότι τα φυτά και τα μύκητες προσθέτουν υλικό στο τέλος των σωμάτων τους, είτε στα άκρα των ριζών τους είτε στα νέα βλαστάρια τους, και τη μεταφράσαμε σε ένα μηχανικό σύστημα».

Οι ερευνητές ήθελαν να μιμηθούν τη διαδικασία των φυτών που χρησιμοποιούν νερό για να μεταφέρουν τα δομικά στοιχεία που μετατρέπονται σε στερεές ρίζες καθώς το φυτό εξελίσσεται εξωτερικά. Για να επιτύχουν αυτό με συνθετικό υλικό, η ομάδα βασίστηκε σε μια τεχνική που ονομάζεται φωτοπολυμερισμός, η οποία χρησιμοποιεί φως για να μετατρέψει υγρά μονομερή σε στερεό υλικό. Το μαλακό ρομπότ μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτή τη τεχνολογία για να πλοηγηθεί πιο εύκολα σε εμπόδια και στροφές χωρίς την ανάγκη να σέρνει στερεό υλικό.

Πιθανές Πρακτικές Εφαρμογές

Η ομάδα λέει ότι η νέα διαδικασία θα μπορούσε επίσης να εφαρμοστεί στη βιομηχανία, ιδιαίτερα σε εφαρμογές που χρησιμοποιούν θερμότητα, πίεση και μηχανήματα για να δημιουργήσουν και να διαμορφώσουν υλικά που μπορεί να μην χρειάζονται.

«Ένα πολύ σημαντικό μέρος αυτού του έργου είναι ότι έχουμε επιστήμονες υλικών, χημικούς μηχανικούς και ρομποτικούς μηχανικούς όλους εμπλεγμένους», συνέχισε ο Ellison. «Βάζοντας όλα τα διαφορετικά εμπειρικά μας μαζί, πραγματικά φέραμε κάτι μοναδικό σε αυτό το έργο, και είμαι βέβαιος ότι κανείς από εμάς δεν θα μπορούσε να το είχε κάνει μόνο του. Αυτό είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς η συνεργασία επιτρέπει στους επιστήμονες να αντιμετωπίζουν πραγματικά δύσκολα θεμελιώδη προβλήματα ενώ έχει επίσης τεχνολογική επίδραση».

Η ομάδα των ερευνητών περιλαμβάνει επίσης ερευνητές του Τμήματος Χημικής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου του Μινεσότα Boran Zhao (μεταδιδακτορικός ερευνητής) και Lorraine Francis (Απευθύμηνος Καθηγητής του Κολλεγίου Επιστημών και Μηχανικής); και ερευνητές του Τμήματος Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Μινεσότα Tim Kowalewski (αναπληρωτής καθηγητής) και Matthew Kubala (φοιτητής διδακτορικού).