Các Kỹ Sư Phát Triển Robot Mềm Không Cần Điện Tử Để Theo Dõi Điều Kiện Nước

Một nhóm các kỹ sư tại Đại học Duke đã phát triển một loại robot mềm mới không cần điện tử, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi các điều kiện môi trường trong tương lai. Robot này có hình dạng giống như một con chuồn chuồn, và nó có thể trượt trên mặt nước trong khi phản ứng với các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ và sự hiện diện của dầu.

Bằng chứng mới về nguyên tắc này đã được công bố trên tạp chí Hệ Thống Thông Minh Nâng Cao vào ngày 25 tháng 3.

Các robot mềm tiếp tục phát triển và cải thiện, và chúng đang trở nên quan trọng hơn nhờ sự linh hoạt của chúng. Chúng có khả năng xử lý các vật thể dễ vỡ như mô sinh học, và chúng có thể phù hợp với các không gian hẹp hơn so với các robot cứng nhắc khác.

Shyni Varghee, người chịu trách nhiệm về ý tưởng này, là giáo sư kỹ thuật sinh học, kỹ thuật cơ khí và khoa học vật liệu, và phẫu thuật chỉnh hình tại Duke.

Vardham Kumas là một sinh viên tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Varghese và là tác giả đầu tiên của bài báo.

“Tôi đã nhận được một email từ Shyni từ sân bay nói rằng cô ấy có một ý tưởng về một robot mềm sử dụng một loại gel tự chữa lành mà nhóm của cô ấy đã phát minh trong quá khứ để phản ứng và di chuyển tự động,” Kumar nói. “Nhưng đó là toàn bộ nội dung của email, và tôi không nghe từ cô ấy lại trong vài ngày. Vì vậy, ý tưởng đó đã nằm trong tình trạng không rõ ràng trong một thời gian cho đến khi tôi có đủ thời gian để theo đuổi nó, và Shyni nói với tôi để thực hiện nó.”

Gel Tự Chữa Lành

Vào năm 2012, phòng thí nghiệm của Varghese đã phát triển một loại gel tự chữa lành có khả năng phản ứng với các thay đổi về pH chỉ trong vài giây. Một sự thay đổi về độ axit gây ra sự hình thành của các liên kết mới trên gel, và điều này có thể được đảo ngược khi pH trở lại mức ban đầu.

Một phần của ý tưởng mới của Varghese là sử dụng gel này trên một robot mềm để cho phép nó di chuyển trên mặt nước trong khi phát hiện các thay đổi về pH ở các vị trí khác nhau. Cô ấy đã tìm cách để phòng thí nghiệm của mình phát triển loại robot này, hoạt động như một cảm biến môi trường tự động.

Cùng với Ung Hyun Ko, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Varghese, Kumar đã thiết kế một robot mềm dựa trên một con ruồi. Sau nhiều lần thử nghiệm, nhóm đã quyết định chọn hình dạng của một con chuồn chuồn, và nó được thiết kế với một mạng lưới các kênh vi mô bên trong cho phép nó được điều khiển bằng áp suất không khí.

Thân của robot mềm này có chiều dài khoảng 2,25 inch, và chiều rộng của nó là 1,4 inch. Nó được tạo ra bằng cách đổ silicone vào một khuôn nhôm trước khi được nướng. Công nghệ lithography mềm đã được sử dụng để tạo ra các kênh bên trong được kết nối với ống silicone.

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

DraBot

Robot mềm kết quả này được gọi là DraBot.

“Để làm cho DraBot phản ứng với áp suất không khí trên khoảng cách dài mà không cần điện tử là một thách thức,” Ko nói. “Đó chắc chắn là phần khó nhất.”

DraBot điều khiển áp suất không khí vào các cánh của nó, và các kênh vi mô sau đó mang không khí vào các cánh trước. Nó thoát ra qua các lỗ được chỉ trực tiếp vào các cánh sau. DraBot sẽ không di chuyển nếu dòng chảy không khí bị chặn bởi cả hai cánh sau đều xuống. Tuy nhiên, nếu cả hai cánh đều lên, nó sẽ di chuyển về phía trước.

Nhóm cũng đã phát triển các bộ phận hoạt động bằng bóng bay để cung cấp thêm quyền kiểm soát, và chúng được đặt dưới mỗi cánh sau gần thân của robot. Khi các bộ phận này được bơm phồng, cánh sẽ cong lên, và các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát nơi robot đi bằng cách thay đổi các cánh lên hoặc xuống.

“Chúng tôi rất vui khi có thể điều khiển DraBot, nhưng nó dựa trên các sinh vật sống,” Kumar nói. “Và các sinh vật sống không chỉ di chuyển xung quanh một cách tự động, chúng phản ứng với môi trường của mình.”

Nhóm đã sử dụng gel tự chữa lành bằng cách sơn một bộ cánh với nó, điều này làm cho DraBot phản ứng với các thay đổi về pH trong nước. Nếu nước quá axit, một bên cánh trước sẽ dính với cánh sau, khiến robot quay tròn thay vì đi thẳng. Sau khi pH trở lại mức bình thường, hydro sẽ đảo ngược và các cánh sẽ tách ra lại, cho phép DraBot trở nên phản ứng hoàn toàn với các lệnh.

Các nhà nghiên cứu cũng đã thêm các vật liệu phản ứng với nhiệt độ, cho phép DraBot trượt trên mặt nước và thấm dầu với các miếng bọt biển. Màu sắc của các miếng bọt biển thay đổi tùy thuộc vào màu sắc của dầu, và khi nước quá ấm, các cánh của robot cũng thay đổi màu.

Các phát triển mới này có thể giúp chống lại các vấn đề môi trường trong tương lai. Ví dụ, một robot như vậy có thể phát hiện axit hóa nước ngọt, ảnh hưởng đến các khu vực nhạy cảm về địa chất. Nó cũng có thể giúp phát hiện các vụ tràn dầu sớm hoặc phát hiện các dấu hiệu đầu tiên của tides đỏ và tẩy trắng san hô.