Ingineri Dezvoltă Robot Fără Electronică Care Poate Monitoriza Condițiile Apei

O echipă de ingineri de la Universitatea Duke a dezvoltat un nou robot moale, fără electronică, care ar putea juca un rol important în monitorizarea condițiilor de mediu în viitor. Robotul are forma unei libelule și poate aluneca pe apă în timp ce reacționează la condiții de mediu precum pH, temperatură și prezența de ulei.

Demonstrația de principiu a fost detaliată în revista Advanced Intelligent Systems pe 25 martie.

Roboții moi continuă să evolueze și să se îmbunătățească, iar ei cresc în importanță datorită versatilității lor. Ei sunt capabili să manipuleze obiecte delicate, cum ar fi țesuturi biologice, și pot fi introduse în spații mai strâmte în comparație cu roboții rigizi.

Shyni Varghee, cel care a avut ideea, este profesor de inginerie biomedicală, inginerie mecanică și științe ale materialelor, precum și chirurgie ortopedică la Duke.

Vardham Kumas este student doctorand în laboratorul lui Varghese și autorul principal al articolului.

„Am primit un e-mail de la Shyni de la aeroport, spunându-mi că are o idee pentru un robot moale care utilizează un hidrogel autovindecător pe care grupul său l-a inventat în trecut pentru a reacționa și a se deplasa autonom.”

Hidrogel Autovindecător

În 2012, laboratorul lui Varghese a dezvoltat un hidrogel autovindecător capabil să reacționeze la schimbări de pH în doar câteva secunde. O schimbare a acidității determină formarea de noi legături pe hidrogel, care poate fi inversată atunci când pH-ul revine la nivelul inițial.

O parte a ideii noi a lui Varghese a fost să utilizeze hidrogelul pe un robot moale pentru a-i permite să călătorească pe apă și să detecteze schimbări de pH în diferite locuri. Ea a căutat o modalitate pentru laboratorul să creeze acest tip de robot care să acționeze ca un senzor de mediu autonom.

Împreună cu Ung Hyun Ko, un cercetător postdoctoral în laboratorul lui Varghese, Kumar a proiectat un robot moale inspirat de o muscă. După mai multe încercări, echipa a decis asupra formei unei libelule, care a fost proiectată cu o rețea de microcanale interioare care să permită controlul prin presiunea aerului.

Corpul robotului moale are aproximativ 5,7 cm lungime, iar anvergura aripilor este de 3,6 cm. A fost creat prin turnarea de siliciu într-o matrice de aluminiu, urmată de coacere. Litografia moale a fost utilizată pentru a crea canale interioare conectate cu tuburi de siliciu.

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

DraBot

Rezultatul a fost un robot moale numit DraBot.

„A face DraBot să reacționeze la presiunea aerului pe distanțe lungi, utilizând doar auto-actuatori fără electronică, a fost dificil”, a spus Ko. „Acesta a fost cu siguranță cel mai dificil aspect.”

DraBot controlează presiunea aerului care intră în aripile sale, iar microcanalele transportă aerul în aripile din față. Apoi, aerul iese prin găuri care sunt îndreptate direct către aripile din spate. DraBot nu se va mișca dacă fluxul de aer este blocat de ambele aripi din spate coborâte. Cu toate acestea, dacă ambele aripi sunt ridicate, robotul se deplasează înainte.

Echipa a dezvoltat, de asemenea, actuatori cu balon pentru a oferi un control mai bun, care sunt plasați sub fiecare aripă din spate, lângă corpul robotului. Când acestea sunt umflate, aripa se curbează în sus, iar cercetătorii pot controla direcția în care se deplasează robotul, modificând care aripi sunt ridicate sau coborâte.

„Ne-am bucurat când am reușit să controlăm DraBot, dar el se bazează pe lucruri vii”, a spus Kumar. „Și lucrurile vii nu se mișcă singure, ele reacționează la mediul înconjurător.”

Echipa a utilizat hidrogelul autovindecător prin pictarea unei perechi de aripi cu el, ceea ce a făcut ca DraBot să fie sensibil la schimbările de pH ale apei. Dacă apa este prea acidă, aripa din față a uneia dintre perechi se unește cu aripa din spate, determinând robotul să se rotească în cerc în loc de a se deplasa în linie dreaptă. După ce pH-ul apei revine la nivelul normal, hidrogelul se inversează, iar aripile se separă din nou, permițându-i lui DraBot să reacționeze la comenzi.

Cercetătorii au adăugat, de asemenea, materiale sensibile la temperatură, care permit lui DraBot să se deplaseze pe apă și să absoarbă ulei cu ajutorul unor bureți. Culoarea bureților se schimbă în funcție de culoarea uleiului, iar atunci când apa este prea caldă, aripile robotului se schimbă și ele.

Noile dezvoltări ar putea ajuta la combaterea problemelor de mediu în viitor. De exemplu, un astfel de robot ar putea detecta acidificarea apei dulci, care afectează diverse regiuni geologic sensibile. El ar putea, de asemenea, să ajute la detectarea timpurie a scurgerilor de ulei sau a semnelor timpurii de apariție a valurilor roșii și a albirii coralelor.