Kontrollige Veealuseid Roboteid Valgusega

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-25 03:37

Robotit, mis saab vee all vabalt liikuda, pole lihtne ehitada. Soomes asuva Max Plancki intelligentsete süsteemide instituudi ja Tampere ülikooli uurimisrühm on nüüd seda teinud, kasutades materjali, mida pehmete robotite ehitamisel pole kunagi kasutatud: tigu-o-robot on valmistatud valgustundlikest materjalidest Vedelkristallgeelid (LCG).

Vesi teod kui eeskuju

Enamikku teadaolevaid pehmeid materjale on raske deformeerida ja need töötavad vee all tõhusalt. Sobivat materjali otsides inspireerisid teadlasi loodus: "Uurisime erinevaid loomi, kes saavad vees hõlpsalt liikuda," selgitab füüsilise intelligentsuse osakonna järeldoktorant Hamed Shahsavan.

“Loomi, kes saavad vedelikus väga hästi liikuda, on väga pehme ja geeljas kehaga. Meie kangelanna oli Hispaania tantsija, kes saab nii merepinnal liikuda kui ka vabalt ujuda. Kuid ka teised selgrootud, pehmed loomad on meid inspireerinud, näiteks teod.”

Robot indekseerib, jookseb, hüppab ja ujub valguse käes

Peamine nõue geelitaoline kere - peagi lepiti LCG-de osas kokku ehitusmaterjalina, kuna neil on mitmeid eeliseid. Esiteks reageerivad nad valgusele. See tähendab, et Tigu-o-Boti saab pardal teisaldada ilma ajami, anduri ja käivituskomponentideta. Isegi vähese energiaga suudab robot läbi viia mitmesuguseid liikumisi.

Teine eelis on see, et geelimolekulide paigutamisega teatud mustrisse saab üldine konstruktsioon muuta oma kuju vaid mõne millimeetri võrra, kui robot valgustab teatud osi valgust. Geeli molekulide sihipärase joondamise tõttu räägivad teadlased "programmeeritavatest kuju muutustest".

Niipea, kui valgustundlik, ketendav, kummiriba moodi materjal puutub kokku valgusega, võib see teha kuju kiireid ja pöörduvaid muutusi: see võib roomata, joosta, hüpata ja ujuda. Selle põhjuseks on asjaolu, et LCG-d vähendavad valguse käes nende tihedust 7–8 protsenti. Valguse korral muutuvad üksikud LCG-d kergemaks ja hõljuvad ülespoole. Robotit käivitatakse fototermiliselt valgustatud osade ujuvuse ja teatud ajavahemike järel valguse sisse ja välja lülitamisega.

Pehmed robotid ravimiks

Väikese roboti eelis: sellel on madal energiavajadus (teadlaste sõnul on see 20–30 korda vähem energiat kui mittegeelsetel konstruktsioonidel) ja kuju muutust saab molekulide orientatsiooni tõttu eelprogrammeerida. Shahsavan selgitab: „Esitleme lahendust, kuidas pehmeid materjale kiiresti, tõhusalt ja kontrollitud viisil vee all juhtida ja teisaldada. Loodame inspireerida teisi robootikaid, kes nagu meiegi üritavad disainida juhtmevabu ja pehmeid roboteid, mis saaksid vedelikus vabalt liikuda .

Pehmed robotid on eriti nõutud minimaalselt invasiivsetes robotipõhistes meditsiinides ja biotehnoloogias. Ühel päeval sai siin kasutada ka tigu-o-boti. Kuid teadlased peavad veel edasi töötama: "Tulevikus proovime seda materjali kasutada muude energiaallikatega peale valguse, kuna väljast tulev valgus ei saa inimkehasse tungida. Loodame, et ühel päeval saame oma et muuta pehme konstruktsioon nii väikeseks, et saaksime seda liikuda ja juhtida läbi keha ligipääsu infrapunakiirguse, akustiliste lainete, elektriliste või magnetväljadega."

Teadlased avaldasid oma töö “Valgusjõul töötavate vedelkristallgeelide bioinsepteeritud veealune liikumine” Rahvusvahelise Teaduste Akadeemia PNAS-i väljaandes 2020. aasta veebruaris.