Fremme robotteknologi med multi-Scale Suction

Robotter og studiet af robotteknologi er et område i konstant udvikling, som fortsætter med at udforske nye veje for at gøre vores processer mere effektive og optimeret. Disse anstrengelser og udforskninger er ofte inspireret af naturen og dyreriget omkring os. For eksempel videnskabsmænd ved University of Bristol udviklet en robotsugekop med superadaptive sugeevner svarende til en blækspruttes biologiske sugeapparater. 

Octopus-inspireret sugemekanisme i robotter

Det hele startede med, at Bristol Robotics Laboratory studerede strukturen af ​​en blækspruttes biologiske sugeorganer, der udviser meget høje niveauer af sugeevne og kan forankres til enhver klippe på den mest optimerede måde. Denne forskning førte til skabelsen af ​​en flerlags blød struktur og et kunstigt fluidsystem, der kunne opføre sig som muskulaturen og slimstrukturerne hos en blæksprutte.  

Tianqi Yue, hovedforfatter af artiklen, forklarede den vigtigste præstation i denne forskning og sagde følgende: "Den vigtigste udvikling er, at vi med succes har demonstreret effektiviteten af ​​kombinationen af ​​mekanisk konformation - brugen af ​​bløde materialer til at tilpasse sig overfladens form - og flydende forsegling - spredning af vand på kontaktfladen for at forbedre sugeevnen på komplekse overflader. Det kan også være hemmeligheden bag biologiske organismers evne til at opnå adaptiv sugning."

Nøgleudviklingen går derfor et hak højere end den nuværende kunstige sugemåde og går ind i området for adaptiv sugning – evnen til at fæstne sig til de vanskeligste og mest komplekse overflader. Denne krævede en multisugemekanisme, og forskningen viste, hvordan man opnår det. 

Historisk forskning for bedre at forstå, hvordan blækspruttesugere fungerer

At forstå, hvordan sugning i blæksprutter virker, har længe været et område af interesse for det videnskabelige samfund. Forskere vidste, at blæksprutter kunne flytte deres sugekopper uafhængigt og gribe genstande efter behov. 

En undersøgelse udført af forskere i Livorno undersøgte blæksprutter for mere end et årti tilbage og fandt ud af det siderne og kanterne af deres sugekopper var unikt bygget. Deres sugere havde små, koncentriske lunde, som hjalp dem med at danne en stærk forsegling på enhver ru overflade under vandet. 

Lignende riller kunne også ses i den øvre sektion, hvilket resulterede i en tætning, der var effektiv og stærk, men alligevel lavt tryk. 

Mens de spurgte mere ind til dette lavtryksfænomen, kom forskerne med flere indsigter om sugerne. De fandt ud af, at mens siderne og kanterne af sugerne var squishy, ​​var toppen meget stivere. Denne mindre elasticitet hjalp efter al sandsynlighed i den lokale generering af lavtryk, som gjorde adhæsion overlegen, robust og effektiv. 

Siden denne opdagelse har der været tale om at efterligne Octopus sugemekanismer i robotter. Nu kan vi se, at indsatsen bliver frugtbar. 

Multi-sugemekanisme og hvordan den blev revnet!

Det foreslog forskningen og blæksprutte-lignende muti-suge mekanisme kunne replikeres gennem en organisk kombination af mekanisk konformation og reguleret vandtætning. De flerlagede bløde materialer, som robotopløsningen implementerede, genererede først en grov mekanisk konformation til substratet, som til sidst reducerede utætte åbninger til mikrometer. Disse åbninger i mikronstørrelse blev derefter forseglet ved reguleret vandsekretion fra et kunstigt væskesystem. 

De fremtidige konsekvenser af denne forskning

Mens de fremhævede dets potentielle anvendelsesområder, bemærkede forskerne, at denne udvikling kunne bane vejen for robotgribere, der er i stand til en række komplekse tørre overflader. De understregede vigtigheden af ​​denne multi-skala adaptive sugemekanisme i udviklingen af ​​mere effektive og unikke adaptive sugestrategier, som kunne føre til et fuldt spektrum af alsidige, bløde adhæsionsmekanismer. 

Mens han påpegede den forbedring, denne løsning introducerer i forhold til eksisterende løsninger, sagde Tianqi Yue:

"Nuværende industrielle løsninger bruger altid tændte luftpumper for aktivt at generere sugetMen disse er støjende og spilder energi." 

Den nuværende løsning behøver ikke en pumpe, så den er overlegen. Og som forventet af sine udviklere, den nuværende løsning ville føre til næste generations robotgribere, der effektivt kan gribe forskellige uregelmæssige genstande. Holdet planlægger selv en intelligent sugekop med indlejrede sensorer, der effektivt kan regulere koppens opførsel.

Selvom denne forskning og den løsning, den foreslår, bestemt tæller som et gennembrud, har det videnskabelige og robotteknologiske samfund altid været inspireret af blæksprutter. 

Det fantastiske væsen, der er blæksprutte

Den genetiske sammensætning af en blæksprutte er så unik, at den adskiller sig væsentligt fra næsten enhver skabning på denne planet. EN DNA-undersøgelse af blæksprutter afslørede, at de besidder omkring 33,000 gener, cirka 10,000 flere end et menneske. I modsætning til mennesker og mange andre dyr, der kan forbedre deres genetiske kode, har blæksprutter den fantastiske evne til at redigere deres eget RNA. 

Der var også nogle ligheder med mennesker. Og disse ligheder hjalp dem med at blive mere intelligente som mennesker. 

For eksempel har blæksprutter et sæt menneskelignende gener, der bidrager til et neuralt netværk i deres hjerner. Dette neurale netværk gør dem tilpasselige til forskellige forhold og hurtige lærende. Derudover forbedrer deres evne til at redigere deres RNA'er deres tilpasningsevne, så de kan modstå den ekstreme kulde i det dybe hav. 

Som det er visuelt tydeligt, har blæksprutter en stor hjerne. Og ligesom mennesker har de et lukket kredsløb, irisbeskyttede øjne, nethinde og linse. 

Blæksprutter har også klassens bedste kamoufleringsevner. Nu hvor deres genetiske kode har blevet afkodet, vil det være lettere for forskere at forstå, hvordan de opnår dette. De ændrer deres hudfarve på millisekunder, en kapacitet, som neurovidenskabsmænd, stofingeniører og bygningsingeniører kan drage fordel af.  

En blækspruttes sind

Den fysiologiske glans af en blæksprutte, især dens store hjerne, har motiveret videnskabsmænd til at studere dens kognitive processer dybere. 

I 2016 forfattede Peter Godfrey-Smith, en fremtrædende professor i filosofi ved Graduate Center, City University of New York, og professor i historie og videnskabsfilosofi ved University of Sydney i Australien, en bog med titlen 'Andre sind: Blæksprutten, havet og bevidsthedens dybe oprindelse.I den skrev han:

"Blæksprutter og deres slægtninge (blæksprutter og blæksprutter) repræsenterer en ø af mental kompleksitet i havet af hvirvelløse dyr. Siden mit første møde med disse væsner for omkring et årti siden, har jeg været fascineret af den stærke følelse af engagement, der er mulig, når man interagerer med dem."

I bogen fremhævede professor Godfrey-Smith, at en almindelig blæksprutte havde omkring 500 millioner neuroner i sin krop. Selvom dette er langt mindre end hvad mennesker har - næsten 100 milliarder - er blæksprutter ret intelligente i at de kan navigere i simple labyrinter og effektivt bruge visuelle signaler til at skelne mellem to forskellige, men alligevel velkendte miljøer og tage den bedste rute. 

Det er blandingen af ​​intelligens og fysiologisk unikhed, der får blæksprutter til at skille sig ud fra køen. I det væsentlige har robotteknologien altid forsøgt at opnå denne tilstand, hvor intelligente instrumenter ville udføre komplekse opgaver. Det er ikke underligt, at robotstuderende konstant har udforsket dette fantastiske væsen. Udover institutionelle forskere er flere kendte virksomheder aktive på dette område. 

# 1. FIG

En virksomhed, der altid har haft interesse i at efterligne blæksprutte-kapaciteter i sine produkter, var ABB. I 2018 indgik ABB Technological Ventures, ABB's strategiske venturekapitalinvesteringsafdeling, et partnerskab med Soft Robotics, et spin-off fra Whitesides Group. 

Inspireret af Funktionaliteten af ​​en blækspruttes tentakler, Soft Robotics udviklede bløde robotaktuatorer fra polymerer, der fungerer uden behov for sensorer eller elektromekaniske enheder. Virksomheden byggede og indlejrede beregningskraften direkte i selve griberen og udviklede en proprietær blanding af materialer med mikrofluidkanaler, der efterligner den menneskelige hånds bløde væv. 

Den seneste udvikling inden for integration af multi-skala sugning i avanceret robotteknologi kan øge effektiviteten og effektiviteten af ​​disse teknologier. 

Blæksprutter, kendt for deres højere intelligens og sofistikerede øjenstrukturer, der ligner mennesker, har inspireret betydelige udviklinger inden for robotteknologi. Dette år, ABB købte Sevensense, en schweizisk teknologivirksomhed, der har specialiseret sig i at forbedre mobiliteten af ​​industrirobotter ved at udstyre dem med visuelle og kognitive evner.

I regnskabsåret 2023, ABB Group rapporterede en omsætning på 32.2 milliarder USD. Virksomheden foretog også en betydelig investering på 1.3 milliarder USD i forskning og udvikling. I mellemtiden var dens operationelle EBITA-margin tæt på 17%. 

# 2. Festo

I et andet tilfælde, hvor en førende robotvirksomhed allerede har vist interesse og måske kan udnytte multi-skala sugningen yderligere for at forbedre deres muligheder, ser vi på tysk robotvirksomhed Festos bot inspireret af en blæksprutte. 

Oprindeligt hed OctopusGripper, denne robot-enhed kunne samle op, holde og lægge genstande ned ved hjælp af en kombination af sugekopper og luft. Den er siden blevet omdøbt til Tentacle Gripper. Firmaet beskriver denne bioniske griber som en blød silikonestruktur at kan styres pneumatisk. Ved trykluft leveres, kan griberen bøjes indad, så den kan vikle sig sikkert rundt om genstande. 

Strukturelt har griberen to rækker af sugekopper fastgjort til indersiden af ​​silikonetangerne. Små sugekopper er placeret ved griberspidsen, hvilket giver en passiv effekt, mens større sugekopper, drevet af et vakuum, hjælper genstanden med at klæbe fast til griberen. 

Festo testede robotten på to pneumatiske letvægtsrobotter, der også er udviklet i Bionic Learning Network: BionicMotionRobot og BionicCobot. På grund af deres kinematiske natur var begge disse robotter fleksible og kunne stivnes variabelt på uendelige måder. 

Siden den kunstige fangarm blev udviklet fra et blødt materiale, kunne det gribe blidt og blødt. Virksomheden hævdede, at løsningen har et stort potentiale for futuristiske samarbejdsarbejdspladser. 

Omsætningsmæssigt var regnskabsåret 2023 et konsolideringsår for virksomheden. Ifølge til en af ​​Festos pressemeddelelser, den registrerede omsætning lå lige under niveauet for året før (—4.3 % til omkring 3.65 milliarder euro). 

Uanset det lille fald i omsætningen hævdede selskabet at have fortsat med at investere kraftigt i forskning og udvikling og udvidelse af det regionale markedsudbud. Mere specifikt investerede virksomheden 7.7 % af sin omsætning i forskning og udvikling i 2023. 

Om robotteknologi, der henter inspiration fra naturen og dyreriget

I dag diskuterede vi et specifikt eksempel på robotteknologi, der tager signaler fra en blækspruttes sutter. Men set fra et bredere perspektiv kan det ... tage stikord fra hele den naturlige verden omkring os. Og flere bio-inspirerede robotter initiativer er allerede i gang i det offentlige domæne. 

For eksempel i januar 2024, forskning blev offentliggjort præsenterer en autonom voksende robot inspireret af klatreplanters adfærdsmæssige adaptive strategier til at navigere i ustrukturerede miljøer. Disse robotter kan efterligne klatreplanters apikale skud for at registrere og koordinere additiv adaptiv vækst gennem en indlejret additiv fremstillingsmekanisme og en sensoriseret spids.

Væsentlig forskning fandt også sted på området for kompatible materialer blød robotfremstilling. For et par år siden, et hold af University of Minnesota Twin Cities videnskabsmænd og ingeniører udviklede en plante-inspireret proces for at styrke væksten af ​​syntetisk materiale. 

 løsning kunne hjælpe forskere fremstiller forbedrede bløde robotter, der er i stand til at navigere i komplekse terræner, selv i den menneskelige krop. Ifølge Matthew Hausladen, den første forfatter til papiret, var forskerne virkelig inspireret af, hvordan planter og svampe vokser. Forskerne sagde:

"Vi (teamet af forskere) tog ideen om, at planter og svampe tilføjer materiale for enden af ​​deres kroppe, enten ved deres rodspidser eller ved deres nye skud, og vi oversatte det til et teknisk system." 

Den naturlige verden har oplevet uendeligt flere forandringer og forskydninger, end vi kan eventuelt forestille sig, med dyr, der overlever og tilpasser sig gennem årtusinder. Vi skal studere deres utrolige tilpasningsteknikker omhyggeligt og observere dem mere detaljeret. At forsøge at kopiere dem i deres sande ånd ville altid hjælpe os med at opnå meget mere, end vi kunne forestille os inden for videnskab og teknologi. 

Klik her for en liste over de ti bedste robotvirksomheder.