Các Kỹ Sư Phát Triển Robot Không Sử Dụng Điện Tử Có Thể Giám Sát Điều Kiện Nước

Một nhóm các kỹ sư tại Đại học Duke đã phát triển một robot mềm mới không sử dụng điện tử, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát 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.

Bản demo mới này được mô tả chi tiết trong tạp chí Advanced Intelligent Systems vào ngày 25 tháng 3.

Các robot mềm tiếp tục phát triển và cải tiến, và chúng đang trở nên quan trọng hơn nhờ sự đa dạng của chúng. Chúng có thể xử lý các vật thể tinh tế như mô sinh học, và chúng có thể phù hợp với các không gian hẹp hơn so với các robot cứng 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 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 hydrogel 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 được đặt trong tình trạng limbo trong một thời gian ngắn cho đến khi tôi có đủ thời gian để theo đuổi nó, và Shyni nói hãy thực hiện nó.”

Hydrogel Tự Chữa Lành

Vào năm 2012, phòng thí nghiệm của Varghese đã phát triển một loại hydrogel tự chữa lành có thể phản ứng với các thay đổi về pH trong vài giây. Sự thay đổi về độ axit gây ra sự hình thành các liên kết mới trên hydrogel, 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 hydrogel 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 kiếm một cách để phòng thí nghiệm của mình có thể tạo ra 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 về 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 cánh là 1,4 inch. Nó được tạo ra bằng cách đổ silicone vào một khuôn nhôm trước khi nướng. Công nghệ lithography mềm 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 các điều khiển áp suất không khí trên khoảng cách dài chỉ bằng các bộ phận tự động mà không có bất kỳ điện tử nào là khó khăn,” Ko nói. “Đó chắc chắn là phần khó khăn 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 sau đó thoát ra qua các lỗ được chỉ thẳng vào các cánh sau. DraBot sẽ không di chuyển nếu luồng không khí bị chặn bởi cả hai cánh sau đang xuống. Tuy nhiên, nếu cả hai cánh đều lên, nó sẽ di chuyển về phía trước.

Đội ngũ cũng đã phát triển các bộ phận tự động bằng bóng để cung cấp thêm quyền kiểm soát, và chúng được đặt dưới mỗi cánh sau gần thân của robot. Khi những 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 tự động, chúng phản ứng với môi trường của chúng.”

Đội ngũ đã sử dụng hydrogel tự chữa lành bằng cách sơn một bộ cánh với nó, điều này làm cho DraBot phản ứng với các thay đổi về pH của nước. Nếu nước quá axit, một bên cánh trước sẽ dính vào cánh sau, khiến robot quay tròn thay vì đi thẳng. Sau khi pH trở lại mức bình thường, hydrogel sẽ đảo ngược và các cánh sẽ tách ra một lần nữa, cho phép DraBot trở lại 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 bằng 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, cánh của robot cũng sẽ thay đổi màu sắc.

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 địa chất nhạy cảm. Nó cũng có thể giúp phát hiện sớm các vụ tràn dầu hoặc phát hiện các dấu hiệu sớm của tides đỏ và tẩy trắng san hô.