Hvad er bløde robotter?
Soft robotics er en specifik gren af robotteknologi, der beskæftiger sig med
Blød robotik afhænger stort set afhvordan levende organismer bevæger sig og tilpasser sig deres miljø. I modsætning til robotter bygget af stive materialer giver bløde robotter øget fleksibilitet og tilpasningsevne til at udføre opgaver samt øget sikkerhed, når man arbejder med mennesker. Disse egenskaber gør det muligt at bruge det i medicin og industri.
Blød robotik designer hovedsageligtrobotter lavet udelukkende af bløde materialer. Som et resultat ser de resulterende robotter ud som hvirvelløse dyr som orme eller blæksprutter. At simulere bevægelsen af sådanne robotter er en vanskelig opgave. Faktum er, at det for sådanne processer er nødvendigt at anvende metoderne for kontinuummekanik. Dette er grunden til, at bløde robotter undertiden kaldes kontinuum-robotter.
Lad os minde dig om, at kontinuummekanik - sektionmekanik, kontinuumfysik og kondenseret stoffysik, helliget bevægelsen af gasformige, flydende og deformerbare faste stoffer, samt kraftinteraktioner i sådanne legemer.
Hybrider af bløde og hårde robotter
For at studere biologiske fænomener skaber forskere bløde robotter i billedet af levende organismer og udfører eksperimenter, der er vanskelige at udføre på rigtige organismer.
Der er dog stive robotter, der også er i stand til kontinuerlig deformation, såsom slangerobotten.
Bløde konstruktioner kan bruges som en del afstørre stiv robot. Robotte bløde effektorer til at gribe og manipulere genstande giver en fordel. Pointen er, at de ikke ødelægger skrøbelige genstande.
Det er også muligt at oprette hybrid soft-hardrobotter, der har en intern stiv ramme og eksterne bløde elementer. Bløde elementer kan have mange funktioner: både virkningsmekanismer svarende til dyremuskler og dæmpende materiale for at sikre sikkerhed i en kollision med mennesker.
En robot på hjul med bløde ben og evnen til at bevæge sig på jorden.
Foto: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra og Barbara Mazzolai
Bløde robotter kan bøjes i enhver formform. De er lavet af meget blødt materiale, herunder nanomaterialer. Dette gør dem mere som menneskelige kropsdele, såsom muskler. Faktisk kan man sige, at disse robotter næsten kommer til live ved hjælp af nanomaterialer.
På trods af megen forskning inden for bløde robotter er ingeniører stadig i begyndelsen af deres rejse. Eksperter forudser dog, at deres marked i 2024 vil nå 2,16 milliarder dollars.
Hvordan adskiller bløde robotter sig fra almindelige robotter?
Metalrobotter er meget mere begrænsede. De blev designet med hastighed og præcision i tankerne, hvilket gjorde dem ideelle til ting som samlebåndsarbejde. Men de er ikke så universelle.
Bløde robotter er forskellige fra industrielle ellersamarbejdsrobotter ved, at deres konstruktion er lavet af bløde, bøjelige materialer. Deres design er meget forskellig fra enhver anden form for robotter, og på samme måde udfører bløde robotter meget forskellige funktioner.
De fleste bløde robotter er stadig indei de tidlige udviklingsstadier, og den allerførste bløde robot blev udviklet i 2011 af Harvard-professor George Whitesides. Siden da er antallet og typerne af bløde robotter steget dramatisk. Selvom deres faktiske kommercielle levedygtighed kan være flere år væk, repræsenterer de stadig en spændende teknologi med stort potentiale.
Bløde robotter - en spændende innovation i verdenrobotik. Ovenstående fem typer bløde robotter kan have det største kommercielle potentiale af alle typer bløde robotter, der i øjeblikket er under udvikling.
I modsætning til industrielle eller samarbejdende robotter tjener bløde robotter en bred vifte af applikationer.
Hvordan bruges bløde robotter?
Appellen af bløde robotter ligger i deres fleksibilitet og alsidighed.
6 lovende typer bløde robotter
Der er mange forskellige typer bløde robotter, men der er 6 forskellige applikationer, der lover det største kommercielle potentiale.
- Robotmuskler: flere typer er i øjeblikket under udviklingbløde robotter, der vil fungere som robotmuskler. En af de mest lovende prototyper henter inspiration fra origami. Dens foldede struktur kan løfte 1.000 gange sin egen vægt og skalerer fra et par millimeter til en meter i længden. Derudover arbejder forskere nu på at skabe robotter i nanoskala fra DNA.
- Klatrerobotter:disse typer robotter har mange potentialerapplikationer lige fra bygningskontrol og vedligeholdelse til eftersøgnings- og redningsoperationer. En version af de bløde klatrerobotter har et buet design, ligesom en larve. Dette giver ham mulighed for at kravle op og ned strukturer i forskellige størrelser.
- Spiselige robotter. Det første projekt af sådanne robotter skabt af skoleteamet i Philadelphia til den årlige Soft Robotics-konkurrence. Disse biologisk nedbrydelige robotter kan sikkert levere medicin til forskellige dele af kroppen.
- Bærbare robotter.Disse biomimetiske enheder kan hjælpeen patient, der gennemgår fysisk rehabilitering. Den bløde robot efterligner kroppens naturlige bevægelse, uanset hvor den er, og hjælper patienten med at genvinde normal motorfunktion.
- Proteserobotter.Bløde robotter kan bruges til at skabeoverlegne proteser til personer, der mangler lemmer eller kropsdele. Ofte bruges blød robotteknologi for enden af en håndprotese til mere delikat og præcist at gribe genstande.
- Astronaut-robotter. NASA-forskere foreslår, at de en dag vil flyve på overfladen af Mars. Andre er allerede ved at designe robotter, der vil arbejde i de mest vanskeligt tilgængelige dele af menneskekroppen.
Selvom bløde robotter også kan bruges iindustrielle miljøer - især som samarbejdsrobotter (også kendt som "cobots"), der arbejder med mennesker, er de næppe begrænset til det.
Verdens første bløde autonome robot
I 2016 brugte forskere fra Harvardflydende silikonegummi til udviklingen af Octobot, verdens første bløde autonome robot. Inspireret af blæksprutter kan disse bløde robotter spinde og overvinde forhindringer, som måske ikke er mulige for skarpe, stive metalrobotter som dem, der er afbildet i "The Terminator" eller "Star Wars".
Overraskende nok er Octobot billigere at fremstille,end en latte, og det koster kun 5 cent at tanke op. Man kan forestille sig, at hundreder af billige bløde robotter sendes for at undersøge stedet, overvinde forhindringer og flaskehalse for at hjælpe med redningsoperationen.
”Hovedmålet med blød robotik er ikke at skabeultrapræcise maskiner, fordi vi allerede har dem, '' sagde biomedicinsk ingeniør Jada Gerboni i sin TED-tale i 2018. "Og for at gøre robotter i stand til at modstå uventede situationer i den virkelige verden."
Bløde robotter inden for medicin
Bløde robotter kan bruges somkirurgiske og medicinske instrumenter (især endoskoper). Deres fordel er, at de lettere bevæger sig gennem kropsstrukturer, end traditionelle instrumenter kan. Dette giver læger et klarere billede af det område af patientens krop, som de ønsker at undersøge.
Fuldt blød robotbeklædning, der kan hjælpe folk med at bevæge sig, er et skridt tættere på virkeligheden med udviklingen af et nyt fleksibelt og letvægtssystem til blød robotik.
Opdagelse lavet af et team fra BristolUniversitet, kunne bane vejen for bærbare hjælpemidler til mennesker med handicap og dem, der lider af aldersrelateret muskeldegeneration. Undersøgelsen blev offentliggjort i dag iVidenskab Robotics.
Ny tynd og let pumpestørrelse med kreditkortstørrelse. Kredit: Tim Helps, University of Bristol.
Bløde robotter er lavet af smidige materialer,som kan strække og vride. Disse materialer kan bruges til at fremstille kunstige muskler, der trækker sig sammen, når luft pumpes ind i dem. Blødheden af disse muskler muliggør brug af støttende tøj. Indtil nu er disse pneumatiske kunstige muskler blevet drevet af konventionelle elektromagnetiske (motordrevne) pumper, som er store, støjende, komplekse og dyre.
Forskere ved Bristol SoftLabog Bristol Robotics Laboratory, ledet af Robotics Professor Jonathan Rossiter, har med succes demonstreret en ny elektro-pneumatisk pumpe, der er blød, fleksibel, billig og nem at fremstille.
I artiklen beskriver holdet, hvordan det nye blødeEn kreditkortstørrelsespumpe kan drive kunstige muskler med en luftblære og pumpevæsker. Holdet skitserer også deres næste skridt for at gøre kraftigt tøj til virkelighed.
Ligeledes kulstofbaserede titanpolymererkan bruges i kombination med syntetiske polymerer til at skabe ultratynde kunstige muskler. Denne teknologi er fremvist i kunstgengivelser af dansende sommerfugle, flagrende blade og blomstrende blomster på Korea Advanced Institute of Science and Technology.
Hvordan fungerer bløde robotter?
Bløde robotter specielt designet tillivets efterligninger, skal ofte udsættes for cyklisk stress, når man bevæger sig eller udfører en anden opgave. For eksempel i tilfælde af den lamprey eller blækspruttelignende robot, der er beskrevet ovenfor, ville det kræve elektrolyse af vand og antændelse af gas for at bevæge sig, hvilket resulterer i hurtig ekspansion for at drive robotten fremad. Denne gentagne og eksplosive ekspansion og sammentrækning vil skabe en intens cyklisk belastning på det valgte polymermateriale. En robot under vand i Europa ville være næsten umulig at reparere eller udskifte, så man skal være opmærksom på at vælge et materiale og design, der minimerer forekomsten og udbredelsen af træthedssprækker. Især skal et materiale vælges med en udholdenhedsgrænse eller en stressamplitudefrekvens, over hvilken udmattelseskarakteristikken for polymeren ikke længere afhænger af frekvensen.
Da bløde robotter er lavet af blødematerialer, skal temperatureffekter tages i betragtning. Flydningsspændingen for et materiale har en tendens til at falde med temperaturen, og i polymere materialer er denne effekt endnu mere udtalt. Ved rum og højere temperaturer kan lange kæder i mange polymerer strække sig og glide langs hinanden, hvilket forhindrer lokal spændingskoncentration i et område og gør materialet til plast. Men de fleste polymerer gennemgår en duktil til sprød overgangstemperatur, under hvilken der ikke er tilstrækkelig termisk energi til, at lange kæder reagerer på denne duktile måde, og ødelæggelse er meget mere sandsynligt. Tendensen for, at polymere materialer bliver skøre ved lavere temperaturer menes at være årsagen til Challenger-shuttle-katastrofen og bør tages meget alvorligt, især for bløde robotter, der introduceres i medicin. Overgangstemperaturen for duktil til sprød behøver ikke at være det, der kan betragtes som "kold" og er faktisk et kendetegn for selve materialet afhængigt af dets krystallinitet, sejhed, sidegruppestørrelse (i tilfælde af polymerer) og andre faktorer.
Ulemper ved teknologi
Bløde robotter er ikke uden deres ulemper.Specifikt opdagede forskerne, at væskeaktuatorer - de enheder, der faktisk animerer robotter - er langsomme til at tænde på grund af den store mængde væske, der kræves til bevægelse, eller fordi deres flow bremses af forskellige strukturer i enheden (såsom rør og ventiler) ).
Imidlertid udvikler forskere fra Harvardløsning. De bemærker, at bøjningen af sådanne legetøj frigiver en masse energi, de designer aktuatorer med to udskydelige dæksler, den ene inden i den anden. Når den ydre hætte er oppustet, øges trykket på den indre hætte. Når den bøjes, sætter frigivelsen af energi enheden i bevægelse.
Bløde robotter har potentiale for detstrækker sig til Mars og tilbage, og de vil utvivlsomt blive en stor del af samfundet i de kommende år. Deres evner er kun begrænset af den menneskelige fantasi.
Bløde robotter og mennesker
Soft-body robotter giver mulighed forsociale og taktile interaktioner mellem mennesker og robotter, der kræver nøje overvejelse af muligheden for upassende følelsesmæssige tilknytninger og brugernes personlige og socialt destruktive opførsel. Etiske spørgsmål relateret til interaktion mellem menneske og robot og hvordan de skal bidrage til design af blød robotik i forbindelse med social interaktion diskuteres i en artikel til tidsskriftet Soft Robotics.
Thomas Arnold og Matthias Schoitz, Tufts University,Medford, Massachusetts, var medforfatter til en artikel med titlen "The Tactile Ethics of Soft Robotics: Intelligent Design for Human-Robot Interaction." De udforsker en lang række emner, herunder bløde robotters evne til at røre ved og interagere med deres miljø, de potentielle risici ved at danne envejs menneskelige følelsesmæssige forbindelser med robotter, og hvad sociale robotter skal være designet til. For at illustrere nogle af de etiske problemer forbundet med blød robotik og de potentielle risici for samfundet diskuterer forfatterne eksemplet på sexrobotter.
Arnold og Schoitz foreslår tre fællesprincippet om at udvikle blød robotik i forbindelse med en social person og en robot. De tilskynder det bløde robotiksamfund til at tackle disse etiske spørgsmål som en måde at forbedre kvaliteten og effektiviteten af interaktion mellem menneske og robot. ”Blød robotteknologi vil snart give os maskiner, der direkte interagerer med mennesker det er vigtigt, at vi begynder at tænke på, hvilken indflydelse de kan have på sociale situationer. Dette papir skitserer nogle af de største udfordringer og giver fremragende vejledning til seriøs diskussion af forholdet mellem menneske og robot, ”konkluderer Barry A. Trimmer, ph.d., der leder laboratoriet for neuromekanik og biomimetiske enheder ved Tufts University i Medford, Massachusetts .
Læs også
Det første nøjagtige kort over verden blev oprettet. Hvad er der galt med alle andre?
Se på Hubble-fotos af planetariske tåger.
Fysikere har skabt en analog til et sort hul og bekræftet Hawkings teori. Hvor det fører hen?