Τι είναι τα μαλακά ρομπότ;
Η μαλακή ρομποτική είναι ένας συγκεκριμένος κλάδος της ρομποτικής που ασχολείται με
Η μαλακή ρομποτική εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τρόποπώς οι ζωντανοί οργανισμοί κινούνται και προσαρμόζονται στο περιβάλλον τους. Σε αντίθεση με τα ρομπότ που κατασκευάζονται από άκαμπτα υλικά, τα μαλακά ρομπότ παρέχουν αυξημένη ευελιξία και προσαρμοστικότητα στην εκτέλεση εργασιών, καθώς και αυξημένη ασφάλεια όταν εργάζεστε με άτομα. Αυτά τα χαρακτηριστικά το επιτρέπουν να χρησιμοποιείται στην ιατρική και τη βιομηχανία.
Η μαλακή ρομποτική σχεδιάζει κυρίωςρομπότ κατασκευασμένα εξ ολοκλήρου από μαλακά υλικά. Ως αποτέλεσμα, τα προκύπτοντα ρομπότ μοιάζουν με ασπόνδυλα όπως σκουλήκια ή χταπόδια. Η προσομοίωση της κίνησης τέτοιων ρομπότ είναι δύσκολο έργο. Το γεγονός είναι ότι για τέτοιες διαδικασίες είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν οι μέθοδοι της συνεχούς μηχανικής. Αυτός είναι ο λόγος που τα μαλακά ρομπότ ονομάζονται μερικές φορές συνεχόμενα ρομπότ.
Ας θυμηθούμε, μηχανική συνεχούς - ενότηταμηχανική, φυσική συνεχούς και φυσική συμπυκνωμένης ύλης, αφιερωμένη στην κίνηση αερίων, υγρών και παραμορφώσιμων στερεών, καθώς και στις αλληλεπιδράσεις δυνάμεων σε τέτοια σώματα.
Υβρίδια μαλακών και σκληρών ρομπότ
Για να μελετήσουν βιολογικά φαινόμενα, οι επιστήμονες δημιουργούν μαλακά ρομπότ στην εικόνα των ζωντανών οργανισμών και διεξάγουν πειράματα που είναι δύσκολο να εκτελεστούν σε πραγματικούς οργανισμούς.
Ωστόσο, υπάρχουν άκαμπτα ρομπότ που είναι επίσης ικανά για συνεχή παραμόρφωση, όπως το ρομπότ φιδιού.
Οι μαλακές κατασκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μέρος τουένα μεγαλύτερο άκαμπτο ρομπότ. Οι μαλακοί ενεργοποιητές ρομπότ για το πιάσιμο και το χειρισμό αντικειμένων παρέχουν πλεονέκτημα. Το θέμα είναι ότι δεν καταστρέφουν εύθραυστα αντικείμενα.
Είναι επίσης δυνατή η δημιουργία υβριδικού σκληρού δίσκουρομπότ που έχουν εσωτερικό άκαμπτο πλαίσιο και εξωτερικά μαλακά στοιχεία. Τα μαλακά στοιχεία μπορούν να έχουν πολλές λειτουργίες: τόσο μηχανισμοί δράσης παρόμοιοι με τους μύες των ζώων, όσο και υλικό απορρόφησης για την εξασφάλιση της ασφάλειας σε περίπτωση σύγκρουσης με ανθρώπους.
Ένα ρομπότ με τροχούς με μαλακά πόδια και δυνατότητα κίνησης στο έδαφος.
Φωτογραφία: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra and Barbara Mazzolai
Τα μαλακά ρομπότ μπορούν να λυγίσουν σε οποιοδήποτε σχήμαμορφή. Είναι κατασκευασμένα από πολύ μαλακό υλικό, συμπεριλαμβανομένων των νανοϋλικών. Αυτό τους κάνει να μοιάζουν περισσότερο με μέρη του ανθρώπινου σώματος, όπως οι μύες. Στην πραγματικότητα, θα μπορούσατε να πείτε ότι αυτά τα ρομπότ σχεδόν ζωντανεύουν με τη βοήθεια νανοϋλικών.
Παρά την πολλή έρευνα στον τομέα των μαλακών ρομπότ, οι μηχανικοί βρίσκονται ακόμα στην αρχή του ταξιδιού τους. Ωστόσο, οι ειδικοί προβλέπουν ότι μέχρι το 2024 η αγορά τους θα φτάσει τα 2,16 δισ. δολάρια.
Πώς διαφέρουν τα μαλακά ρομπότ από τα συνηθισμένα;
Τα μεταλλικά ρομπότ είναι πολύ πιο περιορισμένα. Σχεδιάστηκαν με γνώμονα την ταχύτητα και την ακρίβεια, καθιστώντας τα ιδανικά για πράγματα όπως η γραμμή συναρμολόγησης. Αλλά δεν είναι όλα αυτά καθολικά.
Τα μαλακά ρομπότ είναι διαφορετικά από τα βιομηχανικά ήσυνεργατικά ρομπότ στο ότι η κατασκευή τους είναι κατασκευασμένη από μαλακά, εύκαμπτα υλικά. Ο σχεδιασμός τους είναι πολύ διαφορετικός από οποιαδήποτε άλλη μορφή ρομπότ, και ομοίως τα μαλακά ρομπότ εκτελούν πολύ διαφορετικές λειτουργίες.
Τα περισσότερα από τα μαλακά ρομπότ είναι ακόμα σεστα πρώτα στάδια της ανάπτυξης, και το πρώτο μαλακό ρομπότ αναπτύχθηκε το 2011 από τον καθηγητή του Χάρβαρντ Τζορτζ Γουάιτσιτς. Από τότε, ο αριθμός και οι τύποι των μαλακών ρομπότ έχουν αυξηθεί δραματικά. Ενώ μπορεί να απέχουν αρκετά χρόνια από την πραγματική εμπορική τους βιωσιμότητα, εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν μια συναρπαστική τεχνολογία με μεγάλες δυνατότητες.
Μαλακά ρομπότ - μια συναρπαστική καινοτομία στον κόσμορομποτική. Οι προαναφερθέντες πέντε τύποι μαλακών ρομπότ μπορεί να έχουν το μεγαλύτερο εμπορικό δυναμικό όλων των τύπων μαλακών ρομπότ που αναπτύσσονται αυτήν τη στιγμή.
Σε αντίθεση με τα βιομηχανικά ή συνεργατικά ρομπότ, τα μαλακά ρομπότ εξυπηρετούν μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών.
Πώς χρησιμοποιούνται τα μαλακά ρομπότ;
Η γοητεία των μαλακών ρομπότ έγκειται στην ευελιξία και την ευελιξία τους.
6 υποσχόμενοι τύποι μαλακών ρομπότ
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι μαλακών ρομπότ, αλλά υπάρχουν 6 διαφορετικές εφαρμογές που υπόσχονται το μεγαλύτερο εμπορικό δυναμικό.
- Ρομποτικοί μύες: επί του παρόντος αναπτύσσονται αρκετοί τύποιμαλακά ρομπότ που θα λειτουργήσουν ως ρομποτικοί μύες. Ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα πρωτότυπα εμπνέεται από το origami. Η διπλωμένη δομή του μπορεί να σηκώσει 1.000 φορές το βάρος του και να ζυγαρώσει από μερικά χιλιοστά σε ένα μέτρο σε μήκος. Επιπλέον, οι επιστήμονες εργάζονται τώρα για τη δημιουργία ρομπότ νανοκλίμακας από DNA.
- Ρομπότ αναρρίχησης:αυτοί οι τύποι ρομπότ έχουν πολλές δυνατότητεςεφαρμογές που κυμαίνονται από επιθεώρηση και συντήρηση κτιρίων έως επιχειρήσεις έρευνας και διάσωσης. Μια εκδοχή των μαλακών ρομπότ αναρρίχησης έχει καμπύλη σχεδίαση, σαν κάμπια. Αυτό του επιτρέπει να σέρνεται πάνω-κάτω δομές διαφορετικών μεγεθών.
- Βρώσιμα ρομπότ. Το πρώτο έργο τέτοιων ρομπότ δημιουργήθηκε από τη σχολική ομάδα στη Φιλαδέλφεια για τον ετήσιο διαγωνισμό Soft Robotics. Αυτά τα βιοαποικοδομήσιμα ρομπότ μπορούν να παραδώσουν με ασφάλεια φάρμακα σε διάφορα μέρη του σώματος.
- Φορητά ρομπότ.Αυτές οι βιομιμητικές συσκευές μπορούν να βοηθήσουνέναν ασθενή που υποβλήθηκε σε φυσική αποκατάσταση. Το μαλακό ρομπότ μιμείται τη φυσική κίνηση του σώματος όπου κι αν είναι, βοηθώντας τον ασθενή να επανακτήσει τη φυσιολογική λειτουργία του κινητήρα.
- Προσθετικά ρομπότ.Τα μαλακά ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργίαανώτερη προσθετική για άτομα που λείπουν άκρα ή μέρη του σώματος. Συχνά, η τεχνολογία μαλακής ρομποτικής χρησιμοποιείται στο άκρο ενός προσθετικού χεριού για να πιάσει πιο απαλά και με ακρίβεια τα αντικείμενα.
- Ρομπότ αστροναύτη. Επιστήμονες της NASA προτείνουν ότι μια μέρα θα πετάξουν στην επιφάνεια του Άρη. Άλλοι ήδη σχεδιάζουν ρομπότ που θα λειτουργούν στα πιο δύσκολα προσβάσιμα σημεία του ανθρώπινου σώματος.
Αν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν και μαλακά ρομπότσε ένα βιομηχανικό περιβάλλον - ειδικά ως συνεργατικά ρομπότ (επίσης γνωστά ως "cobots") που εργάζονται με ανθρώπους, σχεδόν δεν σταματούν εκεί.
Το πρώτο μαλακό αυτόνομο ρομπότ στον κόσμο
Το 2016, επιστήμονες από το Χάρβαρντ χρησιμοποίησανυγρό καουτσούκ σιλικόνης για την ανάπτυξη του Octobot, του πρώτου μαλακού αυτόνομου ρομπότ στον κόσμο. Εμπνευσμένα από τα χταπόδια, αυτά τα μαλακά ρομπότ μπορούν να περιστρέφονται και να ξεπερνούν εμπόδια που μπορεί να μην είναι δυνατά για αιχμηρά, άκαμπτα μεταλλικά ρομπότ όπως αυτά που απεικονίζονται στο "The Terminator" ή στο "Star Wars".
Παραδόξως, το Octobot είναι φθηνότερο στην κατασκευή,από ένα latte, και κοστίζει μόνο 5 σεντς για ανεφοδιασμό. Κάποιος μπορεί να φανταστεί ότι εκατοντάδες φτηνά μαλακά ρομπότ στέλνονται για να διερευνήσουν τη σκηνή, να ξεπεράσουν εμπόδια και σημεία συμφόρησης για να βοηθήσουν στη διάσωση.
«Ο κύριος στόχος της μαλακής ρομποτικής δεν είναι η δημιουργίαεξαιρετικά ακριβείς μηχανές επειδή τα έχουμε ήδη », δήλωσε η βιοϊατρική μηχανική Jada Gerboni στην ομιλία της για το TED 2018. "Και να κάνουμε τα ρομπότ να αντέχουν απρόσμενες καταστάσεις στον πραγματικό κόσμο."
Μαλακά ρομπότ στην ιατρική
Τα μαλακά ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ωςχειρουργικά και ιατρικά όργανα (ιδίως ενδοσκόπια). Το πλεονέκτημά τους είναι ότι μετακινούνται στις δομές του αμαξώματος πιο εύκολα από ό, τι τα παραδοσιακά όργανα. Αυτό δίνει στους γιατρούς μια σαφέστερη εικόνα της περιοχής του σώματος του ασθενούς που θέλουν να εξετάσουν.
Τα πλήρως μαλακά ρομποτικά ρούχα που μπορούν να βοηθήσουν τους ανθρώπους να μετακινηθούν είναι ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα με την ανάπτυξη ενός νέου ευέλικτου και ελαφρού συστήματος ισχύος για μαλακή ρομποτική.
Ανακάλυψη έγινε από μια ομάδα από το ΜπρίστολΠανεπιστήμιο, θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για φορητές βοηθητικές συσκευές για άτομα με αναπηρίες και όσους πάσχουν από μυϊκή εκφύλιση που σχετίζεται με την ηλικία. Η μελέτη δημοσιεύθηκε σήμερα στοΕπιστημονική Ρομποτική.
Νέα λεπτή και ελαφριά αντλία μεγέθους πιστωτικής κάρτας. Πίστωση: Tim Helps, Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ.
Τα μαλακά ρομπότ είναι κατασκευασμένα από εύκαμπτα υλικά,που μπορεί να τεντωθεί και να στρίψει. Αυτά τα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή τεχνητών μυών που συστέλλονται όταν διοχετεύεται αέρας σε αυτά. Η απαλότητα αυτών των μυών επιτρέπει τη χρήση υποστηρικτικών ενδυμάτων. Ωστόσο, μέχρι τώρα, αυτοί οι πνευματικοί τεχνητοί μύες έχουν κινηθεί από συμβατικές ηλεκτρομαγνητικές αντλίες (με κινητήρα), οι οποίες είναι ογκώδεις, θορυβώδεις, περίπλοκες και ακριβές.
Ερευνητές στο Bristol SoftLabκαι το Εργαστήριο Ρομποτικής του Μπρίστολ, με επικεφαλής τον καθηγητή Ρομποτικής Jonathan Rossiter, έχουν επιδείξει με επιτυχία μια νέα ηλεκτρο-πνευματική αντλία που είναι μαλακή, ευέλικτη, φθηνή και εύκολη στην κατασκευή.
Στο άρθρο, η ομάδα περιγράφει πώς το νέο μαλακόμια αντλία μεγέθους πιστωτικής κάρτας μπορεί να οδηγήσει τους τεχνητούς μύες με την ουροδόχο κύστη και τα υγρά της αντλίας. Η ομάδα σκιαγραφεί επίσης τα επόμενα βήματά τους για να κάνουν τα ισχυρά ρούχα πραγματικότητα.
Ομοίως, πολυμερή τιτανίου με βάση τον άνθρακαμπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με συνθετικά πολυμερή για τη δημιουργία εξαιρετικά λεπτών τεχνητών μυών. Αυτή η τεχνολογία έχει αποδειχθεί σε αναπαραγωγές τέχνης χορευτικών πεταλούδων, κυματίζοντας φύλλων και ανθισμένων λουλουδιών στο Korea Advanced Institute of Science and Technology.
Πώς λειτουργούν τα μαλακά ρομπότ;
Μαλακά ρομπότ ειδικά σχεδιασμένα γιααπομιμήσεις της ζωής, συχνά πρέπει να αντιμετωπίζουν κυκλικό άγχος κατά τη μετακίνηση ή την εκτέλεση οποιασδήποτε άλλης εργασίας. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του λαμπτήρα ή του ρομπότ που μοιάζει με σουπιές που περιγράφεται παραπάνω, θα απαιτούσε ηλεκτρολύση νερού και ανάφλεξη αερίου για να κινηθεί, με αποτέλεσμα την ταχεία επέκταση για να ωθήσει το ρομπότ προς τα εμπρός. Αυτή η επαναλαμβανόμενη και εκρηκτική επέκταση και συστολή θα δημιουργήσει ένα έντονο κυκλικό φορτίο στο επιλεγμένο πολυμερές υλικό. Ένα ρομπότ υποβρύχιο στην Ευρώπη θα ήταν σχεδόν αδύνατο να επισκευαστεί ή να αντικατασταθεί, οπότε πρέπει να ληφθεί μέριμνα για την επιλογή ενός υλικού και σχεδίου που ελαχιστοποιεί την εμφάνιση και τη διάδοση ρωγμών κόπωσης. Συγκεκριμένα, ένα υλικό πρέπει να επιλέγεται με όριο αντοχής ή συχνότητα πλάτους τάσης πάνω από το οποίο το χαρακτηριστικό κόπωσης του πολυμερούς δεν εξαρτάται πλέον από τη συχνότητα.
Δεδομένου ότι τα μαλακά ρομπότ είναι κατασκευασμένα από μαλακάυλικά, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα αποτελέσματα της θερμοκρασίας Η τάση απόδοσης του υλικού τείνει να μειώνεται με τη θερμοκρασία, και σε πολυμερή υλικά αυτό το αποτέλεσμα είναι ακόμη πιο έντονο. Σε αίθουσες και υψηλότερες θερμοκρασίες, οι μεγάλες αλυσίδες σε πολλά πολυμερή μπορούν να τεντωθούν και να ολισθήσουν μεταξύ τους, αποτρέποντας την τοπική συγκέντρωση τάσης σε μία περιοχή και κάνοντας το υλικό πλαστικό. Αλλά τα περισσότερα πολυμερή υφίστανται μια όλκιμη σε εύθραυστη θερμοκρασία μετάβασης κάτω από την οποία δεν υπάρχει αρκετή θερμική ενέργεια για να αντιδράσουν οι μακριές αλυσίδες με αυτόν τον όλκιμο τρόπο και η καταστροφή είναι πολύ πιο πιθανή. Η τάση των πολυμερών υλικών να γίνουν εύθραυστα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες πιστεύεται ότι είναι η αιτία της καταστροφής του σαλονιού Challenger και πρέπει να ληφθεί πολύ σοβαρά υπόψη, ειδικά για μαλακά ρομπότ που θα εισαχθούν στην ιατρική. Η όλκιμη σε εύθραυστη θερμοκρασία μετάβασης δεν πρέπει να είναι αυτό που μπορεί να θεωρηθεί «κρύο» και στην πραγματικότητα είναι ένα χαρακτηριστικό του ίδιου του υλικού, ανάλογα με την κρυσταλλικότητά του, την ανθεκτικότητα, το μέγεθος της πλευρικής ομάδας (στην περίπτωση των πολυμερών) και άλλους παράγοντες .
Μειονεκτήματα της τεχνολογίας
Τα μαλακά ρομπότ δεν είναι χωρίς τα μειονεκτήματά τους.Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι ενεργοποιητές υγρών - οι συσκευές που πραγματικά ζωντανεύουν ρομπότ - αργούν να ενεργοποιηθούν λόγω της τεράστιας ποσότητας υγρού που απαιτείται για την κίνηση ή επειδή η ροή τους επιβραδύνεται από διάφορες δομές μέσα στη συσκευή (όπως σωλήνες και βαλβίδες ).
Ωστόσο, οι ερευνητές του Χάρβαρντ αναπτύσσονταιλύση. Σημειώνοντας ότι η κάμψη τέτοιων παιχνιδιών απελευθερώνει πολλή ενέργεια, σχεδιάζουν ενεργοποιητές με δύο καλύμματα ολίσθησης, το ένα μέσα στο άλλο. Όταν το εξωτερικό κάλυμμα διογκώνεται, η πίεση αυξάνεται έναντι του εσωτερικού καλύμματος. Όταν κάμπτεται, η απελευθέρωση ενέργειας θέτει τη συσκευή σε κίνηση.
Τα μαλακά ρομπότ έχουν πιθανότητα αυτόεκτείνεται στον Άρη και πίσω, και αναμφίβολα θα γίνουν ένα μεγάλο μέρος της κοινωνίας τα επόμενα χρόνια. Οι ικανότητές τους περιορίζονται μόνο από την ανθρώπινη φαντασία.
Μαλακά ρομπότ και άνθρωποι
Τα ρομπότ μαλακού σώματος προσφέρουν την ευκαιρία γιακοινωνικές και απτές αλληλεπιδράσεις μεταξύ ενός ανθρώπου και ενός ρομπότ, οι οποίες απαιτούν προσεκτική εξέταση της πιθανότητας ακατάλληλων συναισθημάτων, καθώς και της προσωπικής και κοινωνικά καταστροφικής συμπεριφοράς των χρηστών. Ηθικά ζητήματα που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ και πώς πρέπει να συμβάλουν στο σχεδιασμό της μαλακής ρομποτικής στο πλαίσιο της κοινωνικής αλληλεπίδρασης, συζητούνται σε ένα άρθρο για το περιοδικό Soft Robotics.
Thomas Arnold και Matthias Schoitz, Πανεπιστήμιο Tufts,Το Medford της Μασαχουσέτης συνέγραψε ένα άρθρο με τίτλο "The Tactile Ethics of Soft Robotics: Intelligent Design for Human-Robot Interaction". Εξετάζουν ένα ευρύ φάσμα θεμάτων, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας των μαλακών ρομπότ να αγγίζουν και να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους, τους πιθανούς κινδύνους σχηματισμού μονόδρομων ανθρώπινων συναισθηματικών συνδέσεων με ρομπότ και για ποια κοινωνικά ρομπότ πρέπει να σχεδιαστούν. Για να επεξηγήσουν ορισμένα από τα ηθικά ζητήματα που σχετίζονται με τη μαλακή ρομποτική και τους πιθανούς κινδύνους για την κοινωνία, οι συγγραφείς συζητούν το παράδειγμα των ρομπότ σεξ.
Οι γιατροί Arnold και Schoitz προτείνουν τρία κοινάτην αρχή της ανάπτυξης μαλακής ρομποτικής στο πλαίσιο ενός κοινωνικού ατόμου και ενός ρομπότ. Ενθαρρύνουν την κοινότητα της μαλακής ρομποτικής να αντιμετωπίσουν αυτά τα ηθικά ζητήματα ως τρόπο βελτίωσης της ποιότητας και της αποτελεσματικότητας της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-ρομπότ. «Η τεχνολογία μαλακών ρομπότ θα μας φέρει σύντομα μηχανήματα που αλληλεπιδρούν άμεσα με τον άνθρωπο. Είναι σημαντικό να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε τον αντίκτυπο που μπορούν να έχουν στις κοινωνικές καταστάσεις. Αυτό το άρθρο περιγράφει μερικά από τα βασικά ζητήματα και παρέχει εξαιρετική καθοδήγηση για μια σοβαρή συζήτηση για τη σχέση ανθρώπου-ρομπότ », καταλήγει ο Barry A. Trimmer, Ph.D., διευθυντής του Εργαστηρίου Νευρομηχανικής και Βιομιμητικών Συσκευών στο Πανεπιστήμιο Tufts στο Medford, Μασαχουσέτη.
Διαβάστε επίσης
Δημιουργήθηκε ο πρώτος ακριβής χάρτης του κόσμου. Τι συμβαίνει με όλους τους άλλους;
Κοιτάξτε φωτογραφίες του Χαμπλ πλανητικών νεφελωμάτων.
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;