Inżynierowie opracowali robot bez elektronik, który może monitorować stan wody

Zespół inżynierów z Uniwersytetu Duke opracował nowego, bez elektronik, miękkiego robota, który może odegrać dużą rolę w monitorowaniu stanu środowiska w przyszłości. Robot ma kształt ważki i może przesuwać się po wodzie, reagując na zmiany pH, temperatury i obecność oleju.

Nowa demonstracja pojęcia została opisana w czasopiśmie Advanced Intelligent Systems 25 marca.

Miękkie roboty nadal się rozwijają i poprawiają, a ich znaczenie rośnie dzięki ich wszechstronności. Są w stanie obsługiwać delikatne obiekty, takie jak tkanki biologiczne, i mogą zmieścić się w ciaśniejsze przestrzenie w porównaniu z innymi sztywnymi robotami.

Shyni Varghee, odpowiedzialna za pomysł, jest profesorem inżynierii biomedycznej, inżynierii mechanicznej i materiałowej, oraz chirurgii ortopedycznej na Uniwersytecie Duke.

Vardham Kumas jest doktorantem w laboratorium Varghese i pierwszym autorem artykułu.

“Dostałem e-mail od Shyni z lotniska, w którym powiedziała, że ma pomysł na miękiego robota, który używa samouzdrawiającego się hydrożelu, który jej grupa wynalazła w przeszłości, aby reagować i poruszać się autonomicznie”, powiedział Kumar. “Ale to było wszystko, co było w e-mailu, i nie słyszałem od niej przez kilka dni. Więc pomysł trochę zatrzymał się, aż miałem wystarczająco wolnego czasu, aby go realizować, a Shyni powiedziała, aby to zrobić.”

Samouzdrawiający się hydrożel

W 2012 roku laboratorium Varghese opracowało samouzdrawiający się hydrożel, który może reagować na zmiany pH w ciągu kilku sekund. Zmiana kwasowości powoduje utworzenie nowych wiązań w hydrożelu, które mogą być odwrócone, gdy poziom pH powróci do pierwotnego poziomu.

Częścią nowego pomysłu Varghese było użycie hydrożelu w miękim robocie, aby umożliwić mu przesuwania się po wodzie i wykrywania zmian pH w różnych miejscach. Poszukiwała sposobu, aby laboratorium mogło stworzyć tego typu robota, który działa jak autonomiczny czujnik środowiskowy.

Wraz z Ung Hyun Ko, postdoktorantem w laboratorium Varghese, Kumar zaprojektował miękiego robota w kształcie muchy. Po kilku próbach zespół zdecydował się na kształt ważki i wyposażył go w sieć wewnętrznych kanałów mikro, które umożliwiają kontrolę za pomocą ciśnienia powietrza.

Ciało miękiego robota ma długość około 5,7 cm, a jego rozpiętość skrzydeł wynosi 3,6 cm. Został on wykonany przez wlew szkła do aluminiowego formy, a następnie upieczony. Do stworzenia kanałów wewnętrznych użyto litografii miękkiej.

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

DraBot

Wynikający miękki robot został nazwany DraBot.

“Uzyskanie reakcji DraBota na kontrolę ciśnienia powietrza na duże odległości bez użycia elektronik było trudne”, powiedział Ko. “To było zdecydowanie najtrudniejszą częścią.”

DraBot kontroluje ciśnienie powietrza, które dociera do jego skrzydeł, a kanały mikro przenoszą powietrze do przednich skrzydeł. Następnie powietrze uchodzi przez otwory skierowane bezpośrednio w tył skrzydeł. DraBot nie porusza się, jeśli przepływ powietrza jest zablokowany przez oba tylne skrzydła. Jeśli jednak oba skrzydła są uniesione, robot porusza się do przodu.

Zespół opracował również balonowe siłowniki, które umożliwiają większą kontrolę i są umieszczone pod każdym z tylnych skrzydeł w pobliżu ciała robota. Gdy są one napompowane, skrzydło zagina się do góry, a badacze mogą kontrolować, dokąd robot się porusza, zmieniając, które skrzydła są uniesione, a które opuszczone.

“Byliśmy zadowoleni, gdy udało nam się kontrolować DraBota, ale jest on oparty na żywych organizmach”, powiedział Kumar. “I żywe organizmy nie poruszają się samodzielnie, reagują na swoje otoczenie.”

Zespół wykorzystał samouzdrawiający się hydrożel, malując nim jeden zestaw skrzydeł, co sprawiło, że DraBot stał się wrażliwy na zmiany pH wody. Jeśli woda jest zbyt kwaśna, przednie skrzydło zlewa się z tylnym, powodując, że robot kręci się w kółko, zamiast poruszać się prosto. Po powrocie pH do normalnego poziomu, hydrożel odwraca się, a skrzydła rozdzielają się ponownie, umożliwiając DraBotowi pełną reakcję na polecenia.

Badacze dodali również materiały wrażliwe na temperaturę, co pozwala DraBotowi przesuwać się po wodzie i absorbować olej za pomocą gąbek. Kolor gąbek zmienia się w zależności od koloru oleju, a gdy woda jest zbyt ciepła, skrzydła robota zmieniają kolor.

Nowe rozwiązania mogą pomóc w walce z problemami środowiskowymi w przyszłości. Na przykład, taki robot mógłby wykrywać zakwaszenie wody słodkiej, które dotyka różne regiony wrażliwe geologicznie. Mógłby również pomóc w wykrywaniu wycieków ropy na wczesnym etapie lub wczesnych objawach czerwonej plamy i wybielania raf koralowych.