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, reacționând la condiții de mediu precum pH, temperatură și prezența uleiului.

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

Roboții moi continuă să evolueze și să se îmbunătățească, iar importanța lor crește 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 știința 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, care îmi spunea că are o idee pentru un robot moale care utilizează un hidrogel auto-vindecător, pe care grupul ei l-a inventat în trecut, pentru a reacționa și a se deplasa autonom,” a spus Kumar. „Dar acesta a fost întregul conținut al e-mailului, și nu am mai auzit de la el timp de zile. Așa că ideea a stat în aer pentru o perioadă, până când am avut suficient timp liber pentru a o urma, și Shyni mi-a spus să o fac.”

Hidrogel Auto-Vindecător

În urmă cu 2012, laboratorul lui Varghese a dezvoltat un hidrogel auto-vindecător capabil să reacționeze la schimbări de pH în doar câteva secunde. O schimbare a acidității determină formarea unor noi legături în hidrogel, și acest lucru poate fi inversat 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 traverseze apa și să detecteze schimbări de pH în diferite locuri. Ea a căutat o modalitate pentru laboratorul ei 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, și a fost proiectat cu o rețea de microcanale interioare care îi permiteau să fie controlat prin presiunea aerului.

Corpul robotului moale are aproximativ 2,25 inch lungime, și anvergura aripilor este de 1,4 inch. A fost creat prin turnarea siliconului într-o matrice de aluminiu, înainte de a fi copt. Litografia moale a fost utilizată pentru a crea canale interioare care au fost conectate cu tuburi de silicon.

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

DraBot

Rezultatul a fost un robot moale numit DraBot. 

“A fost dificil să facem DraBot să reacționeze la controalele de presiune a aerului pe distanțe lungi, utilizând doar auto-actuatori, fără nicio electronică,” a spus Ko. “Acesta a fost cu siguranță cel mai dificil aspect.”

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

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

“Am fost fericiți atunci 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 lor.” 

Echipa a utilizat hidrogelul auto-vindecător prin pictarea unei perechi de aripi cu el, ceea ce a făcut ca DraBot să reacționeze la orice schimbări ale pH-ului apei. Dacă apa este prea acidă, o aripă din față se unește cu cea din spate, determinând robotul să se rotească în cerc, în loc să se deplaseze în linie dreaptă. După ce pH-ul revine la nivelul normal, hidrogelul se inversează, și aripile se separă din nou, permițând lui DraBot să devină complet responsiv la comenzi. 

Cercetătorii au adăugat, de asemenea, materiale sensibile la temperatură, care permit lui DraBot să alunece pe apă și să absoarbă ulei cu ajutorul unor bureți. Culoarea bureților se schimbă în funcție de culoarea uleiului, și 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.