วิศวกรพัฒนาโรบอทที่ไม่มีอิเล็กทรอนิกส์ สามารถตรวจสอบสภาพแวดล้อมของน้ำได้

ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัย Duke ได้พัฒนาโรบอทใหม่ที่ไม่มีอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถเล่นบทบาทสำคัญในการตรวจสอบสภาพแวดล้อมในอนาคต โรบอทมีรูปร่างเหมือนแมลงปอ และสามารถเคลื่อนที่บนผิวน้ำได้โดยตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม เช่น pH อุณหภูมิ และการมีอยู่ของน้ำมัน

การแสดงผลของการตรวจสอบหลักฐานใหม่นี้ได้รับการเผยแพร่ใน जर์นัล Advanced Intelligent Systems เมื่อวันที่ 25 มีนาคม

โรบอทอ่อนตัวยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องและดีขึ้น และมีความสำคัญมากขึ้นเนื่องจากความสามารถในการจัดการวัตถุที่อ่อนแอ เช่น เนื้อเยื่อทางชีววิทยา และสามารถเข้าไปในพื้นที่ที่แคบได้มากกว่าโรบอทที่มีความแข็ง

Shyni Varghee ผู้ที่รับผิดชอบความคิดนี้ เป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ วิศวกรรมเครื่องกล และวัสดุศาสตร์ และศัลยกรรมกระดูกที่ Duke

Vardham Kumas เป็นนักศึกษาระดับ博士ในห้องปฏิบัติการของ Varghese และเป็นผู้เขียนบทความหลัก

“ฉันได้รับอีเมลจาก Shyni จากสนามบินโดยบอกว่าเธอมีความคิดสำหรับโรบอทอ่อนตัวที่ใช้ไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เอง ซึ่งกลุ่มของเธอได้คิดค้นขึ้นในอดีตเพื่อตอบสนองและเคลื่อนที่โดยอิสระ” Kumar กล่าว “แต่นั่นคือสิ่งที่อีเมลบอก และฉันไม่ได้ยินจากเธออีกเป็นเวลาหลายวัน ดังนั้นความคิดนี้จึงอยู่ในสถานะลิมโบ้จนกระทั่งฉันมีเวลาว่างเพียงพอในการติดตาม และ Shyni บอกให้ฉันทำมัน”

ไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เอง

เมื่อปี 2012 ห้องปฏิบัติการของ Varghese ได้คิดค้นไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เอง ซึ่งสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของ pH ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที การเปลี่ยนแปลงของความเป็นกรดจะทำให้เกิดพันธะใหม่บนไฮโดรเจล และสามารถกลับเป็นเดิมได้เมื่อ pH กลับมาเป็นระดับเดิม

ส่วนหนึ่งของความคิดใหม่ของ Varghese คือการใช้ไฮโดรเจลบนโรบอทอ่อนตัวเพื่อให้สามารถเดินทางบนผิวน้ำได้โดยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของ pH ในหลายๆ ที่ เธอพยายามหาวิธีให้ห้องปฏิบัติการคิดค้นโรบอทประเภทนี้ที่สามารถทำงานเหมือนเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมโดยอิสระ

ร่วมกับ Ung Hyun Ko นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ Varghese Kumar ได้ออกแบบโรบอทอ่อนตัวที่มีรูปร่างเหมือนแมลงปอ หลังจากหลายๆ การลองผิดลองถูก ทีมงานได้ตัดสินใจใช้รูปร่างของแมลงปอ และได้รับการออกแบบด้วยเครือข่ายของช่องทางภายในที่สามารถควบคุมได้ด้วยความดันอากาศ

ร่างกายของโรบอทอ่อนตัวมีความยาวประมาณ 2.25 นิ้ว และมีความกว้างของปีกประมาณ 1.4 นิ้ว ได้รับการสร้างโดยการเทซิลิโคนลงในแม่พิมพ์อะลูมิเนียมก่อนที่จะนำไปอบ Soft lithography ถูกใช้เพื่อสร้างช่องทางภายในที่เชื่อมต่อกับซิลิโคนチュบ

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

DraBot

โรบอทอ่อนตัวที่ได้รับการออกแบบใหม่นี้ถูกเรียกว่า DraBot

“การทำให้ DraBot ตอบสนองต่อการควบคุมความดันอากาศในระยะทางที่ไกลโดยไม่ใช้อิเล็กทรอนิกส์เป็นเรื่องที่ยาก” Ko กล่าว “นั่นเป็นส่วนที่ท้าทายที่สุด”

DraBot ควบคุมความดันอากาศที่เข้าไปในปีก และช่องทางภายในจะพาอากาศไปที่ปีกหน้า จากนั้นจะหลบออกไปทางรูที่ชี้ไปที่ปีกหลัง DraBot จะไม่เคลื่อนที่หากการไหลของอากาศถูกขัดขวางโดยปีกหลังทั้งสองที่ลง แต่ถ้าทั้งสองปีกขึ้น มันจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

ทีมงานยังได้พัฒนาแอคชูเอเตอร์แบบบอลลูนเพื่อให้สามารถควบคุมได้มากขึ้น และถูกวางไว้ใต้ปีกหลังทั้งสองใกล้กับร่างกายของโรบอท เมื่อถูกพองขึ้น ปีกจะหงิกขึ้น และนักวิจัยสามารถควบคุมทิศทางที่โรบอทจะไปได้โดยการเปลี่ยนปีกที่ขึ้นหรือลง

“เรารู้สึกดีใจเมื่อเราสามารถควบคุม DraBot ได้ แต่มันอยู่บนพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต” Kumar กล่าว “และสิ่งมีชีวิตไม่เพียงแต่เคลื่อนที่ไปตามลำพัง แต่ยังตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม”

ทีมงานได้ใช้ไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เองโดยการทาสีหนึ่งชุดของปีก ซึ่งทำให้ DraBot ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของ pH ในน้ำ หากมันมากเกินไป ด้านหนึ่งของปีกหน้าจะรวมกับปีกหลัง ทำให้โรบอทหมุนเป็นวงกลมแทนการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า หลังจากที่ pH กลับมาเป็นระดับเดิม ไฮโดรเจลจะกลับเป็นเดิมและปีกจะแยกออกจากกันอีกครั้ง ทำให้ DraBot สามารถตอบสนองต่อคำสั่งได้เต็มที่

นักวิจัยยังได้เพิ่มวัสดุที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิ ซึ่งทำให้ DraBot สามารถเคลื่อนที่บนผิวน้ำและดูดซับน้ำมันด้วยสปองจ์ สีของสปองจ์จะเปลี่ยนไปตามสีของน้ำมัน และเมื่อน้ำมีอุณหภูมิสูงเกินไป ปีกของโรบอทจะเปลี่ยนสีเช่นกัน

การ phát triểnใหม่นี้สามารถช่วยต่อสู้กับปัญหาสิ่งแวดล้อมในอนาคตได้ เช่น โรบอทสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความเป็นกรดในแหล่งน้ำจืด ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวทางธรณีวิทยา มันสามารถช่วยตรวจจับการรั่วไหลของน้ำมันในระยะแรกหรือตรวจจับอาการแรกของการเปลี่ยนสีของน้ำและการเปลี่ยนสีของปะการัง