Robotik
Fremme af robotteknologi med multi‑skala sugeevne
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Robotter og studiet af robotteknologi er et stadigt udviklende område, der fortsat udforsker nye veje for at gøre vores processer mere effektive og optimerede. Disse bestræbelser og udforskninger er ofte inspireret af naturen og dyreverdenen omkring os. For eksempel har forskere ved University of Bristol udviklet en robotisk sugekop med superadaptiv sugeevne, der ligner en Octopus’ biologiske sugekopper.
Blæksprutte‑inspireret suge mekanisme i robotter
Det hele startede med Bristol Robotics Laboratory, der studerede strukturen af en octopus’s biologiske sugekopper, som udviser meget høje sugeevner og kan fastgøre sig til enhver sten på den mest optimerede måde. Denne forskning førte til skabelsen af en lagdelt blød struktur og et kunstigt fluidisk system, der kunne opføre sig som muskulaturen og slimstrukturerne i en octopus.
Mens han forklarede den mest betydningsfulde præstation i denne forskning, sagde Tianqi Yue, hovedforfatteren af artiklen, 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 væskeseal – spredning af vand på den kontaktende overflade for at forbedre sugeevnens tilpasning på komplekse overflader. Det kan også være hemmeligheden bag biologiske organismers evne til at opnå adaptiv sugeevne.”
Den centrale udvikling er derfor at gå et skridt videre end den nuværende kunstige sugemetode og træde ind i området for adaptiv sugeevne – evnen til at fastgøre sig til de mest vanskelige og komplekse overflader. Dette krævede en multi‑suge mekanisme, og forskningen demonstrerede, hvordan man opnår den.
Historisk forskning for bedre at forstå, hvordan blæksprutte‑sugekopper fungerer
Forståelsen af, hvordan sugeevnen i blæksprutter fungerer, har længe været et interesseområde for det videnskabelige samfund. Forskere vidste, at blæksprutter kunne bevæge deres sugekopper uafhængigt og gribe objekter, når det var nødvendigt.
Et studie udført af forskere i Livorno undersøgte blæksprutter for mere end et årti siden og fandt ud af, at siderne og kanterne af deres sugekopper var unikt opbygget. Deres sugekopper havde små, koncentriske riller, som hjalp dem med at danne en stærk forsegling på enhver ru overflade under vand.
Lignende riller kunne også ses i den øvre del, hvilket resulterede i en forsegling, der var effektiv og stærk, men med lavt tryk.
Mens de undersøgte dette lavtryksfænomen nærmere, kom forskerne med yderligere indsigter om sugekopperne. De fandt ud af, at mens siderne og kanterne af sugekopperne var bløde, var toppen meget stivere. Denne lavere elasticitet bidrog sandsynligvis til den lokale generering af lavt tryk, hvilket gjorde adhæsionen overlegen, robust og effektiv.
Siden denne opdagelse har der været samtaler om at efterligne blæksprutte‑suge mekanismer i robotter. Nu kan vi se, at bestræbelserne bærer frugt.
Multi‑suge mekanisme og hvordan den blev knækket!
Forskningen foreslog, at den blæksprutte‑lignende multi‑suge mekanisme kunne replikeres gennem en organisk kombination af mekanisk konformation og reguleret vandforsegling. De lagdelte bløde materialer, som den robotiske løsning anvendte, skabte først en grov mekanisk konformation til underlaget, hvilket efterhånden reducerede lækageåbninger til mikrometer. Disse mikron‑størrelsesåbninger blev derefter forseglet af reguleret vandsekretion fra et kunstigt fluidisk system.
Fremtidige implikationer af denne forskning
Mens de fremhævede de potentielle anvendelsesområder, bemærkede forskerne, at denne udvikling kunne bane vejen for robotgreb, der kan håndtere en række komplekse tørre overflader. De understregede vigtigheden af denne multi‑skala adaptive sugeevne i udviklingen af mere effektive og unikt tilpasselige suge‑strategier, hvilket kan føre til et fuldt spektrum af alsidige, bløde adhæsionsmekanismer.
Mens de påpegede den forbedring, denne løsning introducerer i forhold til eksisterende løsninger, sagde Tianqi Yue:
“Nuværende industrielle løsninger bruger altid‑tændte luftpumper til aktivt at generere sugeevnen, men disse er støjende og spilder energi.”
Den nuværende løsning kræver ingen pumpe, så den er overlegen. Og som forventet af udviklerne vil den nuværende løsning føre til næste generations robotgreb, der effektivt kan gribe forskellige uregelmæssige objekter. Teamet planlægger også en intelligent sugekop med indlejrede sensorer, som vil kunne regulere koppens opførsel.
Selvom denne forskning og den foreslåede løsning uden tvivl er et gennembrud, har det videnskabelige og robotteknologiske samfund altid været inspireret af blæksprutter.
Den fantastiske skabning, der er blæksprutten
Den genetiske sammensætning af en blæksprutte er så unik, at den adskiller sig markant fra næsten alle andre levende væsener på denne planet. Et DNA‑studie på blæksprutter afslørede, at de har omkring 33.000 gener, cirka 10.000 mere 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 tilpasningsdygtige under varierende omstændigheder og hurtige lærere. Deres evne til at redigere deres RNA’er forbedrer yderligere deres tilpasningsevne, så de kan modstå den ekstreme kulde i de dybe oceaner.
Som det visuelt fremgår, har blæksprutter en stor hjerne. Og ligesom mennesker har de et lukket kredsløbssystem, irisbeskyttede øjne, retina og linse.
Blæksprutter har også camouflage‑evner i verdensklasse. Nu hvor deres genetiske kode er blevet afkodet, vil det være lettere for forskere at forstå, hvordan de opnår dette. De kan skifte hudfarve på millisekunder, en evne som neurovidenskabsfolk, tekstilingeniører og strukturingeniører kan drage fordel af.
Blækspruttens sind
Den fysiologiske genialitet i en blæksprutte, især dens store hjerne, har motiveret forskere til at studere dens kognitive processer mere dybt.
I 2016 skrev Peter Godfrey‑Smith, Distinguished Professor of Philosophy ved Graduate Center, City University of New York, og professor i historie og videnskabsfilosofi ved University of Sydney i Australien, en bog med titlen ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness.‘ I den skrev han:
“Blæksprutter og deres slægtninge (cuttlefish and squid) udgør en ø af mental kompleksitet i havet af hvirvelløse dyr. Siden mine første møder med disse skabninger for omkring et årti siden, har jeg været fascineret af den kraftfulde 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 færre end hvad mennesker har – næsten 100 milliarder – er blæksprutter ret intelligente, idet de kan navigere i simple labyrinter og effektivt bruge visuelle ledetråde til at skelne mellem to forskellige, men velkendte miljøer og vælge den bedste rute.
Det er kombinationen af intelligens og fysiologisk unikhed, der får blæksprutter til at skille sig ud. I bund og grund har robotteknologi altid forsøgt at opnå denne tilstand, hvor intelligente instrumenter kan udføre komplekse opgaver. Det er ikke overraskende, at robotteknikstuderende løbende udforsker denne fantastiske skabning. Ud over institutionelle forskere er flere velkendte virksomheder aktive inden for dette område.
#1. ABB
Et firma, der altid har haft interesse i at efterligne blæksprutte‑evner i sine produkter, var ABB. I 2018 indgik ABB Technological Ventures, ABB’s strategiske venture‑kapitalafdeling, et partnerskab med Soft Robotics, en spin‑off fra Whitesides Group.
Inspireret af funktionaliteten af en blæksprutte’s tentakler udviklede Soft Robotics bløde robotaktuatorer af polymerer, der fungerer uden behov for sensorer eller elektromechaniske enheder. Virksomheden byggede og indlejrede den beregningsmæssige kraft direkte i grebet selv og udviklede en proprietær blanding af materialer med mikrofluidiske kanaler, der efterligner de bløde væv i den menneskelige hånd.
Nylige udviklinger inden for integration af multi‑skala sugeevne i avanceret robotteknologi kan forbedre effektiviteten og ydeevnen af disse teknologier.
Blæksprutter, kendt for deres høje intelligens og sofistikerede øjonstrukturer, der ligner menneskers, har inspireret betydelige udviklinger inden for robotteknologi. I år erhvervede ABB Sevensense, et schweizisk teknologifirma, der specialiserer sig i at forbedre mobiliteten af industrielle robotter ved at udstyre dem med visuelle og kognitive kapaciteter.
I regnskabsåret 2023 rapporterede ABB Group en omsætning på 32,2 milliarder USD. Virksomheden foretog også en betydelig investering på 1,3 milliarder USD i forskning og udvikling. Samtidig var deres operationelle EBITA‑margin tæt på 17%.
#2. Festo
I et andet tilfælde, hvor en førende robotvirksomhed allerede har vist interesse og måske vil udnytte den multi‑skala sugeevne yderligere for at forbedre deres kapaciteter, ser vi på den tyske robotvirksomhed Festos robot inspireret af en blæksprutte.
Oprindeligt kaldet OctopusGripper kunne denne robotenhed samle, holde og sætte genstande ned ved hjælp af en kombination af sugekopper og luft. Den er siden omdøbt til Tentacle Gripper. Virksomheden beskriver denne bioniske griber som en blød silikonstruktur, der kan styres pneumatik. Når komprimeret luft tilføres, kan grebet bøje indad, så det kan vikle sig omkring genstande sikkert.
Strukturelt har grebet to rækker af sugekopper fastgjort til indersiden af silikontentaklerne. Små sugekopper er placeret ved grebets spids og giver en passiv effekt, mens større sugekopper, drevet af et vakuum, hjælper objektet med at hæfte fast på grebet.
Festo testede robotten på to pneumatiske letvægtsrobotter, også udviklet i Bionic Learning Network: BionicMotionRobot og BionicCobot. På grund af deres kinematiske natur var begge robotter fleksible og kunne varieres i stivhed på uendelige måder.
Da den kunstige tentakel blev udviklet af et blødt materiale, kunne den gribe blidt og blødt. Virksomheden hævdede, at løsningen har stort potentiale for fremtidige samarbejdsarbejdspladser.
Set i forhold til omsætning var regnskabsåret 2023 et konsolideringsår for virksomheden. Ifølge en af Festos pressemeddelelser var den registrerede omsætning lige under sidste års niveau (‑4,3 % til omkring 3,65 milliarder euro).
Uanset det lille fald i omsætning hævdede virksomheden, at den fortsat har investeret kraftigt i forskning og udvikling samt udvidelse af den regionale markedsforsyning. Mere specifikt investerede virksomheden 7,7 % af sin omsætning i forskning og udvikling i 2023.
Om robotteknologi, der henter inspiration fra naturen og dyreverdenen
I dag har vi diskuteret et specifikt eksempel på, hvordan robotteknologi tager udgangspunkt i en blæksprutte’s sugekopper. Set fra et bredere perspektiv kan den dog tage inspiration fra hele den naturlige verden omkring os. Og flere bio‑inspirerede robotteknologiprojekter er allerede i gang i det offentlige domæne.
For eksempel blev forskning i januar 2024 offentliggjort, der præsenterer en autonom voksende robot inspireret af de adfærdsmæssige adaptive strategier hos klatreplanter for at navigere i ustrukturerede miljøer. Disse robotter kunne efterligne klatreplanternes apikale skud for at sanse og koordinere additiv adaptiv vækst gennem en indlejret additiv fremstillingsmekanisme og en sensoriseret spids.
Betydelig forskning foregik også inden for området for materialer, der er kompatible med blød robotfremstilling. For et par år siden udviklede et team af videnskabsfolk og ingeniører fra University of Minnesota Twin Cities en plante‑inspireret proces til at styrke syntetisk materialevækst.
Løsningen kunne hjælpe forskere med at fremstille forbedrede bløde robotter, der kan navigere i komplekse terræner, selv inden i den menneskelige krop. Ifølge Matthew Hausladen, første forfatter på papiret, var forskerne virkelig inspireret af, hvordan planter og svampe vokser. Forskerne sagde:
“Vi (forskerteamet) tog idéen om, at planter og svampe tilføjer materiale i enden af deres kroppe, enten ved deres roddspidser eller ved deres nye skud, og vi oversatte det til et ingeniørsystem.”
Den naturlige verden har gennemgået uendeligt flere forandringer og skift, end vi kan forestille os, med dyr der overlever og tilpasser sig gennem årtusinder. Vi skal studere deres utrolige tilpasningsteknikker omhyggeligt og observere dem i større detaljer. At forsøge at efterligne dem i deres sande ånd vil altid hjælpe os med at opnå meget mere, end vi kan forestille os inden for videnskab og teknologi.
