Yumuşak robotlar nedir?
Yumuşak robotik, robotiğin özel bir dalıdır.
Yumuşak robotik büyük ölçüde şunlara bağlıdır:canlı organizmaların nasıl hareket ettiklerini ve çevrelerine nasıl adapte olduklarını Sert malzemelerden üretilen robotların aksine, yumuşak robotlar, insanlarla çalışırken daha fazla güvenlik sağlamanın yanı sıra görevleri gerçekleştirmek için daha fazla esneklik ve uyum sağlar. Bu özellikleri tıpta ve sanayide kullanılmasına imkan verir.
Yumuşak robotik esas olarak tasarımlartamamen yumuşak malzemelerden yapılmış robotlar. Sonuç olarak ortaya çıkan robotlar solucanlar veya ahtapotlar gibi omurgasızlara benziyor. Bu tür robotların hareketini simüle etmek zor bir iştir. Gerçek şu ki, bu tür işlemler için süreklilik mekaniği yöntemlerini uygulamak gerekir. Bu nedenle, yumuşak robotlar bazen sürekli robotlar olarak adlandırılır.
Sürekli ortam mekaniğini hatırlayalım - bölümgaz, sıvı ve deforme olabilen katıların hareketine ve bu tür cisimlerdeki kuvvet etkileşimlerine adanmış mekanik, sürekli ortam fiziği ve yoğun madde fiziği.
Yumuşak ve sert robotların melezleri
Biyolojik olayları incelemek için bilim adamları, canlı organizmaların görüntüsünde yumuşak robotlar yaratır ve gerçek organizmalar üzerinde gerçekleştirmesi zor deneyler yapar.
Bununla birlikte, yılan robot gibi sürekli deformasyon yapabilen katı robotlar da vardır.
Yumuşak yapılar bir parçası olarak kullanılabilirdaha büyük katı robot. Nesneleri kavramak ve manipüle etmek için robot yumuşak efektörleri bir avantaj sağlar. Önemli olan, kırılgan nesneleri yok etmemeleridir.
Ayrıca yumuşak-sert hibrit oluşturmak da mümkündürdahili sert çerçeveye ve harici yumuşak elemanlara sahip robotlar. Yumuşak elemanların birçok işlevi olabilir: hem hayvan kaslarına benzer mekanizmalar hem de insanlarla çarpışma durumunda güvenliği sağlamak için yastıklama malzemesi.
Yumuşak bacaklara ve yerde hareket etme yeteneğine sahip tekerlekli bir robot.
Fotoğraf: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra ve Barbara Mazzolai
Yumuşak robotlar herhangi bir şekle bükülebilirbiçim. Nanomalzemeler de dahil olmak üzere çok yumuşak malzemelerden yapılmıştır. Bu onları daha çok kaslar gibi insan vücudunun parçalarına benzetir. Aslında bu robotlar nanomalzemeler sayesinde adeta hayat buluyor diyebiliriz.
Yumuşak robotlar alanında yapılan birçok araştırmaya rağmen mühendisler hâlâ yolculuklarının başındalar. Ancak uzmanlar, 2024 yılına kadar pazarlarının 2,16 milyar dolara ulaşacağını öngörüyor.
Yumuşak robotların sıradan robotlardan farkı nedir?
Metal robotlar çok daha sınırlıdır. Hız ve hassasiyet göz önünde bulundurularak üretildikleri için montaj hattı çalışmaları gibi şeyler için idealdirler. Ama hepsi o kadar evrensel değil.
Yumuşak robotlar endüstriyel veyayapılarının yumuşak, esnek malzemelerden yapılmasıyla işbirlikçi robotlar. Tasarımları diğer robot türlerinden çok farklıdır ve benzer şekilde yumuşak robotlar da çok farklı işlevleri yerine getirir.
Yumuşak robotların çoğu hala içeridegeliştirmenin ilk aşamalarında ve ilk yumuşak robot 2011'de Harvard profesörü George Whitesides tarafından geliştirildi. O zamandan beri, yumuşak robotların sayısı ve türleri önemli ölçüde arttı. Gerçek ticari uygulanabilirliklerinden birkaç yıl uzakta olsalar da, hala büyük potansiyele sahip heyecan verici bir teknolojiyi temsil ediyorlar.
Yumuşak robotlar - dünyada heyecan verici bir yenilikrobotik. Yukarıdaki beş tür yumuşak robot, şu anda geliştirilmekte olan tüm yumuşak robot türleri arasında en büyük ticari potansiyele sahip olabilir.
Endüstriyel veya işbirlikçi robotların aksine, yumuşak robotlar çok çeşitli uygulamalara hizmet eder.
Yumuşak robotlar nasıl kullanılır?
Yumuşak robotların çekiciliği, esnekliklerinde ve çok yönlülüğünde yatmaktadır.
Gelecek vaat eden 6 yumuşak robot türü
Pek çok farklı türde yumuşak robot vardır, ancak en büyük ticari potansiyeli vaat eden 6 farklı uygulama vardır.
- Robotik kaslar: şu anda birkaç tür geliştiriliyorмягких роботов, которые будут работать в качестве роботизированных мышц. Один из самых многообещающих прототипов черпает вдохновение из оригами. Его сложенная конструкция может поднимать вес в 1 000 раз больше собственного веса и масштабируется от нескольких миллиметров до метра в длину. Кроме того, сейчас ученые работают над созданием наноразмерных роботов из ДНК.
- Tırmanma robotları:bu tür robotların birçok potansiyeli varbina denetimi ve bakımından arama ve kurtarma operasyonlarına kadar çeşitli uygulamalar. Yumuşak tırmanma robotlarının bir versiyonu, tırtıllara çok benzeyen kavisli bir tasarıma sahiptir. Bu, farklı boyutlardaki yapıları yukarı ve aşağı taramasına izin verir.
- Yenilebilir robotlar. Bu tür robotların ilk projesiPhiladelphia'daki okul ekibi tarafından yıllık Soft Robotics yarışması için oluşturuldu. Bu biyolojik olarak parçalanabilen robotlar, ilaçları vücudun çeşitli bölgelerine güvenli bir şekilde ulaştırabilir.
- Giyilebilir robotlar.Bu biyomimetik cihazlar yardımcı olabilirFiziksel rehabilitasyon geçiren bir hasta. Yumuşak robot, vücudun doğal hareketini nerede olursa olsun taklit ederek hastanın normal motor işlevini geri kazanmasına yardımcı olur.
- Protez robotlar.Yumuşak robotlar, protezi olmayan kişiler için üstün protezler oluşturmak için kullanılabilir.Genellikle, yumuşak robotik teknolojisi, nesneleri daha hassas ve doğru bir şekilde kavramak için protez bir kolun ucunda kullanılır.
- Astronot robotları. NASA bilim adamları, bir gün Mars yüzeyinde uçacaklarını öne sürüyorlar.Diğerleri zaten insan vücudunun ulaşılması en zor kısımlarında çalışacak robotlar tasarlıyor.
Yumuşak robotlar da kullanılabilse deendüstriyel ortamlar - özellikle insanlarla çalışan işbirlikçi robotlar ("cobotlar" olarak da bilinir) olarak, bunlarla sınırlı değildir.
Dünyanın ilk yumuşak otonom robotu
2016 yılında Harvard'daki bilim adamları, dünyanın ilk yumuşak otonom robotu olan Octobot'u geliştirmek için sıvı silikon kauçuk kullandılar.Ahtapotlardan ilham alan bu yumuşak robotlar, dönebilen ve engellerin üstesinden gelebilen engelleri aşabilir.Terminatör veya Yıldız Savaşları'nda tasvir edilenler gibi keskin, sert metal robotlar için imkansız.
Şaşırtıcı bir şekilde, Octobot'un üretimi daha ucuzdur.Latte'den daha fazla ve yakıt ikmali sadece 5 sent tutuyor. Kurtarma operasyonuna yardımcı olmak için olay yerini araştırmak, engelleri ve darboğazları aşmak için yüzlerce ucuz robotun gönderildiğini hayal edebilirsiniz.
"Yumuşak robotiklerin temel amacı,biyomedikal mühendisi Jada Gerboni 2018 TED konuşmasında, ultra hassas makineler, çünkü zaten bizde var '' dedi. "Ve robotların gerçek dünyadaki beklenmedik durumlara dayanabilmesini sağlamak."
Tıpta yumuşak robotlar
Yumuşak robotlar şu şekilde kullanılabilir:cerrahi ve tıbbi aletler (özellikle endoskoplar). Avantajları, vücut yapılarında geleneksel enstrümanlardan daha kolay hareket etmeleridir. Bu, doktorlara hastanın vücudunda incelemek istedikleri bölgenin daha net bir resmini verir.
İnsanların hareket etmesine yardımcı olabilecek tamamen yumuşak robotik giysiler, yumuşak robotik için yeni bir esnek ve hafif güç sisteminin geliştirilmesiyle gerçeğe bir adım daha yaklaştı.
Bristol Üniversitesi'nden bir ekip tarafından yapılan keşif, engelli insanlar ve yaşa bağlı kas dejenerasyonundan muzdarip insanlar için giyilebilir yardımcı cihazların önünü açabilir.Çalışma bugün yayınlandıBilim Robotik.
Yeni ince ve hafif kredi kartı boyutunda pompa. Kredi: Tim Helps, Bristol Üniversitesi.
Yumuşak robotlar esnek malzemelerden yapılmıştır,gerilebilir ve bükülebilir. Bu malzemeler, içine hava pompalandığında kasılan yapay kaslar yapmak için kullanılabilir. Bu kasların yumuşaklığı, destekleyici giysilerin kullanımına izin verir. Bununla birlikte, şimdiye kadar, bu pnömatik yapay kaslar, hacimli, gürültülü, karmaşık ve pahalı olan geleneksel elektromanyetik (motorla çalışan) pompalarla çalıştırılıyordu.
Bristol SoftLab'daki araştırmacılarve Robotik Profesörü Jonathan Rossiter liderliğindeki Bristol Robotik Laboratuvarı, yumuşak, esnek, ucuz ve üretimi kolay yeni bir elektro-pnömatik pompayı başarılı bir şekilde gösterdi.
Makalede ekip, yeni yumuşaklığın nasıl olduğunu anlatıyorKredi kartı büyüklüğündeki bir pompa, hava kesesi ve pompalanan sıvılarla yapay kasları çalıştırabilir. Ekip ayrıca güçlü kıyafetleri gerçeğe dönüştürmek için atacakları adımların taslağını çıkarıyor.
Aynı şekilde, karbon bazlı titanyum polimerlerultra ince yapay kaslar oluşturmak için sentetik polimerlerle kombinasyon halinde kullanılabilir. Bu teknoloji, Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde dans eden kelebekler, çırpınan yapraklar ve çiçek açan çiçeklerin sanat reprodüksiyonlarında sergilenmiştir.
Yumuşak robotlar nasıl çalışır?
Özel olarak tasarlanmış yumuşak robotlarhayat taklitleri, hareket ederken veya başka herhangi bir görevi yerine getirirken sıklıkla döngüsel strese maruz bırakılmalıdır. Örneğin, yukarda anlatılan abajur veya mürekkep balığı benzeri robot durumunda, hareket etmek için suyun elektrolizini ve gazın ateşlenmesini gerektirecek ve bu da robotu ileri doğru itmek için hızlı bir genişlemeye neden olacaktır. Bu tekrarlayan ve patlayıcı genişleme ve büzülme, seçilen polimer malzeme üzerinde yoğun bir döngüsel yük yaratacaktır. Europa'da su altındaki bir robotun onarılması veya değiştirilmesi neredeyse imkansızdır, bu nedenle yorulma çatlaklarının oluşumunu ve yayılmasını en aza indiren bir malzeme ve tasarım seçmeye özen gösterilmelidir. Özellikle, polimerin yorgunluk karakteristiğinin artık frekansa bağlı olmadığı bir dayanıklılık sınırı veya bir gerilim genliği frekansı olan bir malzeme seçilmelidir.
Yumuşak robotlar yumuşak malzemeden yapıldığındanmalzemeler, sıcaklık etkileri dikkate alınmalıdır. Malzemenin akma gerilimi sıcaklıkla azalma eğilimindedir ve polimerik malzemelerde bu etki daha da belirgindir. Oda ve daha yüksek sıcaklıklarda, birçok polimerdeki uzun zincirler birbirleri boyunca gerilebilir ve kayabilir, bu da bir alanda yerel gerilim yoğunlaşmasını önleyerek malzemeyi plastik hale getirir. Ancak çoğu polimer sünek ila kırılgan bir geçiş sıcaklığına maruz kalır; bunun altında uzun zincirlerin bu sünek şekilde reaksiyona girmesi için yeterli termal enerji yoktur ve yıkım çok daha olasıdır. Polimerik malzemelerin düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelme eğiliminin Challenger mekik felaketinin nedeni olduğuna inanılıyor ve özellikle tıbba girecek yumuşak robotlar için çok ciddiye alınması gerekiyor. Süneklikten kırılganlığa geçiş sıcaklığı, "soğuk" olarak kabul edilebilecek bir sıcaklık olmak zorunda değildir ve aslında, kristalliğine, sertliğine, yan grup boyutuna (polimerler durumunda) ve diğer faktörlere bağlı olarak malzemenin kendisinin bir özelliğidir.
Teknolojinin dezavantajları
Özellikle, bilim adamları, akışkan aktüatörlerinin aslında canlandıran cihazlar olduğunu bulmuşlardırRobotlar, tahrik için gereken çok miktarda sıvı nedeniyle veya akışlarının cihaz içindeki çeşitli yapılar (örneğin tüpler ve valfler) tarafından yavaşlatılması nedeniyle yavaş açılır.
Ancak Harvard araştırmacılarıgeçici çözüm. Bu tür oyuncakların bükülmesinin çok fazla enerji açığa çıkardığına dikkat çekerek, biri diğerinin içinde olmak üzere iki dışa kayan kapaklı aktüatörler tasarladılar. Dış kapak şişirildiğinde, iç kapak üzerindeki basınç artar. Büküldüğünde, enerji salınımı cihazı harekete geçirir.
Yumuşak robotların potansiyeli varMars'a uzanır ve geri döner ve şüphesiz önümüzdeki yıllarda toplumun büyük bir parçası olacaklar. Yetenekleri yalnızca insanın hayal gücü ile sınırlıdır.
Yumuşak robotlar ve insanlar
Yumuşak gövdeli robotlar,İnsanlar ve robotlar arasındaki sosyal ve dokunsal etkileşimler, uygunsuz duygusal bağlanma olasılığının ve kullanıcıların kişisel ve sosyal olarak yıkıcı davranışlarının dikkatlice değerlendirilmesini gerektirir. İnsan-robot etkileşimi ile ilgili etik konular ve sosyal etkileşim bağlamında yumuşak robotik tasarımına nasıl katkıda bulunmaları gerektiği Soft Robotics dergisindeki bir makalede tartışılıyor.
Thomas Arnold ve Matthias Schoitz, Tufts Üniversitesi,Medford, Massachusetts, "The Tactile Ethics of Soft Robotics: Intelligent Design for Human-Robot Interaction" başlıklı bir makalenin ortak yazarıdır. Yumuşak robotların çevrelerine dokunma ve etkileşim kurma yeteneği, robotlarla tek yönlü insan duygusal bağları kurmanın potansiyel riskleri ve sosyal robotların ne için tasarlanması gerektiği gibi çok çeşitli konuları araştırıyorlar. Yazarlar, yumuşak robotik ile ilişkili bazı etik sorunları ve toplum için potansiyel riskleri açıklamak için seks robotları örneğini tartışıyor.
Arnold ve Schoitz üç ortak önermektedirsosyal bir kişi ve bir robot bağlamında yumuşak robotik geliştirme ilkesi. Yumuşak robotik topluluğunu, insan-robot etkileşiminin kalitesini ve verimliliğini iyileştirmenin bir yolu olarak bu etik sorunları ele almaya teşvik ederler. “Yumuşak robot teknolojisi yakında bize insanlarla doğrudan etkileşime giren makineler getirecek; Sosyal durumlar üzerindeki etkileri hakkında düşünmeye başlamamız önemlidir. Bu makale bazı temel konuları ana hatlarıyla açıklıyor ve insan-robot ilişkisinin ciddi tartışmaları için mükemmel bir rehberlik sağlıyor ”diyor Massachusetts, Medford Tufts Üniversitesi'nde Nöromekanik ve Biyomimetik Cihazlar Laboratuvarı'nı yöneten Barry A. Trimmer, Ph.D. .
Ayrıca okuyun
Dünyanın ilk doğru haritası oluşturuldu. Herkesin nesi var?
Gezegenimsi bulutsuların Hubble fotoğraflarına bakın.
Fizikçiler bir kara deliğin benzerini yarattılar ve Hawking'in teorisini doğruladılar. Nereye götürür?