Insinöörit kehittivät sähköttömän robotin, joka voi seurata vesiolosuhteita

Duke Universityn insinööritiimi on kehittänyt uuden sähköttömän, pehmeän robotin, joka voi tulevaisuudessa olla suuri apu ympäristön seuraamisessa. Robotti on muodoltaan kuin sudenkorento, ja se voi liukua veden pinnalla reagoimalla ympäristön olosuhteisiin, kuten pH:aan, lämpötilaan ja öljyn läsnäoloon.

Uusi periaate esiteltiin Advanced Intelligent Systems -julkaisussa 25. maaliskuuta.

Pehmeät robotit kehittyvät jatkuvasti, ja niiden merkitys kasvaa niiden monipuolisuuden ansiosta. Ne pystyvät käsittelemään herkkästi esineitä, kuten biologisia kudoksia, ja ne mahtuvat tiukempiin tiloihin kuin jäykät robotit.

Shyni Varghee, joka keksi idean, on Duke Universityn lääketieteellisen insinöörityön, koneenrakennuksen ja materiaalitieteen sekä ortopedisen kirurgian professori.

Vardham Kumas on Varghese:n laboratorion tohtorikoulutettava ja tutkimuksen ensisijainen tekijä.

”Sain Shyniltä sähköpostin lentokentältä, jossa hänellä oli idea pehmeästä robotista, joka käyttää itsestään parantavaa hydrogeeliä, jonka ryhmänsä oli kehittänyt aiemmin, reagoidakseen ja liikkumalla autonomisesti”, Kumar sanoi. ”Mutta se oli kaikki, mitä sain, ja en kuullut hänestä päiviin. Joten idea jäi odottamaan, kunnes minulla oli tarpeeksi vapaa-aikaa sen toteuttamiseen, ja Shyni sanoi, että voin toteuttaa sen.”

Itsestään parantava hydrogeeli

Vuonna 2012 Varghese:n laboratorio kehitti itsestään parantavan hydrogeelin, joka pystyy reagoimaan pH:n muutoksiin vain sekunneissa. pH:n muutos aiheuttaa uusien sidosten muodostumisen hydrogeelissä, ja tämä voidaan kääntää, kun pH palautuu alkuperäiseen tasoon.

Varghese:n uuden idean osana oli käyttää hydrogeeliä pehmeässä robotissa, jotta se voisi liikkua veden pinnalla ja havaita pH:n muutoksia eri paikoissa. Hän etsi keinoa laboratoriolle kehittää tällainen robotti, joka toimii autonomisena ympäristön anturina.

Yhdessä Ung Hyun Kon, Varghese:n laboratorion postdoc-tutkijan kanssa, Kumar suunnitteli pehmeän robotin perustuen kärpäseen. Useiden yritysten jälkeen tiimi päätti dragonfly:n muodosta, ja se suunniteltiin sisäisellä mikrokanavaverkolla, jota voitiin ohjata ilmanpainetta käyttäen.

Pehmeän robotin ruumiin pituus on noin 5,7 senttiä, ja siipien kärkiväli on 3,6 senttiä. Se valmistettiin kaatamalla silikonia alumiinivaluun ennen kuin se paistettiin. Pehmeä litografiaa käytettiin sisäisten kanavien luomiseen, jotka yhdistettiin silikoniputkilla.

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

DraBot

Tuloksena oleva pehmeä robotti nimettiin DraBotiksi.

”DraBotin saaminen vastamaan ilmanpaineen ohjausta pitkin matkoja ilman sähköisiä osia oli haasteellista”, Ko sanoi. ”Se oli selvästi haasteellisin osa.”

DraBot ohjaa ilmanpaineen, joka tulee siipiin, ja mikrokanavat kuljettavat ilmaa etusiipiin. Se sitten pääsee ulos reikiistä, jotka osoittavat suoraan takaosiipiin. DraBot ei liiku, jos ilmavirtaus estetään molempien takaosiipien ollessa alhaalla. Mutta jos molemmat siivet ovat ylhäällä, se liikkuu eteenpäin.

Tutkijat kehittivät myös ilmapallot, jotka antavat enemmän ohjattavuutta, ja ne sijaitsevat kunkin takaosiiven alla lähellä robotin ruumista. Kun nämä ilmapallot täytetään, siipi kaartuu ylöspäin, ja tutkijat voivat ohjata, mihin robotti menee muuttamalla, mitkä siivet ovat ylhäällä tai alhaalla.

”Olimme iloisia, kun pystyimme ohjaamaan DraBotia, mutta se perustuu eläviin olentoihin”, Kumar sanoi. ”Ja elävät olennot eivät liiku yksin, ne reagoivat ympäristöönsä.”

Tutkijat käyttivät itsestään parantavaa hydrogeeliä maalaamalla yhden siipiparin, mikä teki DraBotin herkkäksi veden pH:n muutoksille. Jos vesi on liian happamata, toisen siiven etusiipi yhdistyy takaosiipeen, aiheuttaen robotin pyörimisen ympyrää sen sijaan, että se liikkuisi suoraan. Kun pH palautuu normaaliin tasoon, hydrogeeli kääntyy, ja siivet erottuvat jälleen, jolloin DraBotista tulee täysin herkkä ohjaamiseen.

Tutkijat lisäsivät myös lämpötilaan reagoivia materiaaleja, mikä mahdollistaa DraBotin liukumisen veden pinnalla ja öljyn imeytymisen sienillä. Sienien väri muuttuu öljyn värin mukaan, ja kun vesi on liian lämmin, robotin siivet muuttavat väriä myös.

Uudet kehitysaskeleet voivat auttaa taistelussa ympäristöongelmiin tulevaisuudessa. Esimerkiksi tällainen robotti voisi havaita makean veden happamuuden, joka vaikuttaa moniin geologisesti herkkästi alueisiin. Se voisi myös auttaa havaitsemaan öljyntorjunnan varhaisessa vaiheessa tai havaitsemaan merenpunikkien ja korallien vaalennuksen varhaisia merkkejä.