Robotik
Fremme af robotteknologi med multi-skala sug
Robotter og studiet af robotteknologi er et konstant udviklende felt, der fortsætter med at udforske nye veje til at gøre vores processer mere effektive og optimerede. Disse bestræbelser og udforskninger er ofte inspireret af naturen og dyreverdenen omkring os. For eksempel udviklede videnskabsmænd ved University of Bristol en robotisk sugkop med super adaptiv sugfunktion lignende en blækspruttes biologiske sugkopper.
Blæksprutte-inspireret sugmekanisme i robotter
Det begyndte med, at Bristol Robotics Laboratory studerede strukturen af en blækspruttes biologiske sugkopper, der viser meget høje niveauer af sugfunktion og kan forankre sig til enhver sten på den mest optimerede måde. Denne forskning ledte til skabelsen af en multi-lag soft-struktur og et kunstigt fluidsystem, der kunne opføre sig som blækspruttens muskulatur og slimstrukturer.
Ved at forklare den mest betydningsfulde præstation af denne forskning, sagde Tianqi Yue, den ledende forfatter af artiklen, følgende: “Den vigtigste udvikling er, at vi med succes demonstrerede effektiviteten af kombinationen af mekanisk konformation – brugen af bløde materialer til at tilpasse sig overfladens form, og væskeforsegling – spredningen af vand på kontaktoverfladen for at forbedre sugadaptabiliteten på komplekse overflader. Det kan også være hemmeligheden bag biologiske organismers evne til at opnå adaptiv sug.”
Den væsentligste udvikling er derfor at gå et skridt videre end den nuværende metode for kunstig sug og ind i rækken af adaptiv sug – evnen til at fæste sig til de mest vanskelige og komplekse overflader. Dette krævede en multi-sugmekanisme, og forskningen demonstrerede, hvordan man kan opnå det.
Historisk forskning for bedre at forstå, hvordan blækspruttes sugkopper virker
At forstå, hvordan sug i blæksprutter virker, har længe været et område af interesse for det videnskabelige samfund. Forskere vidste, at blæksprutter kunne flytte deres sugkopper uafhængigt og gribe objekter, når som helst det var nødvendigt.
En studie gennemført af forskere i Livorno undersøgte blæksprutter for mere end et årti siden og fandt ud af, at siderne og kanterne af deres sugkopper var unikt bygget. Deres sugkopper havde små, koncentriske furer, der hjalp dem med at danne en stærk forsegling på enhver ru overflade under vandet.
Lignende furer kunne ses i den øverste del, hvilket resulterede i en forsegling, der var effektiv og stærk, men havde lavt tryk.
Ved at undersøge dette lavtryksfænomen nærmere, fik forskerne flere indsigt i sugkopperne. De fandt ud af, at siderne og kanterne af sugkopperne var bløde, mens toppen var meget stivere. Denne mindre elasticitet hjalp sandsynligvis med at generere lavt tryk lokalt, hvilket gjorde adhæsionen overlegen, robust og effektiv.
Siden denne opdagelse har der været snak om at efterligne blækspruttes sugmekanismer i robotter. Nu kan vi se, at bestræbelserne når til fruition.
Multi-sugmekanisme og hvordan den blev knækket!
Forskningen foreslog, at den blæksprutte-lignende multi-sugmekanisme kunne replikeres gennem en organisk kombination af mekanisk konformation og reguleret vandforsegling. De multi-lagde bløde materialer, som den robotiske løsning anvendte, genererede først en mekanisk konformation til underlaget, der reducerede lækkageåbninger til mikrometer. Disse mikro-størrelse åbninger blev herefter forseglet ved reguleret vandsekretion fra et kunstigt fluidsystem.
Fremtidige implikationer af denne forskning
Ved at fremhæve dens potentielle anvendelsesområder, bemærkede forskerne, at denne udvikling kunne banke vejen for robotiske gripper, der kan håndtere en række komplekse tørre overflader. De understregede vigtigheden af denne multi-skala adaptiv sugmekanisme i udviklingen af mere effektive og unikt adaptive sugstrategier, der kunne føre til en fuld spektrum af fleksible, bløde adhæsionsmekanismer.
Ved at pege på forbedringen, denne løsning introducerer over eksisterende løsninger, sagde Tianqi Yue:
“Nuverende industrielle løsninger bruger altid-til-rådighed luftpumper til aktivt at generere sug, men disse er støjende og spilder energi.”
Den nuværende løsning har ikke brug for en pumpe, så den er overlegen. Og som forventet af dens udviklere, ville den nuværende løsning føre til næste generations robotiske gripper, der kunne effektivt gribe forskellige uregelmæssige objekter. Holdet selv planlægger en intelligent sugkop med indbyggede sensorer, der ville kunne regulere sugkoppenes adfærd.
Selvom denne forskning og den løsning, den foreslår, bestemt kan betegnes som en gennembrud, har det videnskabelige og robotteknologiske samfund altid været inspireret af blæksprutter.
Det fantastiske dyr, der er blæksprutten
Den genetiske sammensætning af en blæksprutte er så unik, at den adskiller sig væsentligt fra næsten alle dyr på denne planet. En DNA-studie af blæksprutter afslørede, at de besidder omkring 33.000 gener, hvilket er ca. 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 egen RNA.
Der var også nogle ligheder med mennesker. Og disse ligheder hjalp dem med at blive mere intelligente som mennesker.
For eksempel besidder blæksprutter en sæt menneske-lignende gener, der bidrager til et neuralt netværk i deres hjerner. Dette neurale netværk gør dem tilpasningsdygtige til forskellige omstændigheder og hurtige lærende. Deres evne til at redigere deres RNA forbedrer deres tilpasningsevne og giver dem mulighed for at klare den ekstreme kulde i det dybe ocean.
Som visuelt tydeligt, har blæksprutter en stor hjerne. Og, ligesom mennesker, besidder de en lukket cirkulatorisk system, iris-beskyttede øjne, retina og linse.
Blæksprutter har også den bedste kamuflage-evne. Nu, hvor deres genetiske kode er blevet dekodet, vil det være lettere for videnskabsmænd at forstå, hvordan de opnår dette. De skifter deres hudfarve på få millisekunder, en evne, som neurovidenskabsmænd, tekstilingeniører og strukturteknikere kan drage fordel af.
Blækspruttens sind
Den fysiologiske brillans af en blæksprutte, især dens store hjerne, har motiveret videnskabsmænd til at studere dens kognitive processer mere dybt.
I 2016 skrev Peter Godfrey-Smith, en fremragende professor i filosofi ved Graduate Center, City University of New York, og en professor i historie og filosofi 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 (blekksprutter og blæksprutter) repræsenterer en ø af mental kompleksitet i havet af urovæsen. Siden mit første møde med disse dyr for omkring et årti siden, har jeg været fascineret af den kraftige fornemmelse 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 dens krop. Selvom dette er langt mindre end, hvad mennesker har – næsten 100 milliarder – er blæksprutter ret intelligente, i og med at de kan navigere simple labyrinter og anvende visuelle signaler effektivt til at skelne mellem to forskellige, men kendte, miljøer og tage den bedste rute.
Det er kombinationen af intelligens og fysiologisk unikhed, der gør blæksprutter til at stå ud fra mængden. I essensen har robotteknologiens felt altid forsøgt at opnå denne tilstand, hvor intelligente instrumenter ville udføre komplekse opgaver. Det er ingen under, at robotstuderende har konstant udforsket dette fantastiske dyr. Ud over institutionelle forskere er flere velkendte virksomheder aktive i dette felt.
#1. ABB
En virksomhed, der har haft interesse i at efterligne blæksprutte-evner i deres produkter, var ABB. I 2018 indgik ABB Technological Ventures, ABB’s strategiske venture kapital-investeringssarm, en partnerskab med Soft Robotics, en spin-off fra Whitesides Group.
Inspireret af funktionaliteten af en blækspruttes tentakler, udviklede Soft Robotics bløde robotaktuatorer fra polymerer, der kan fungere uden behov for sensorer eller elektromekaniske enheder. Virksomheden byggede og indbyggede den beregnende kraft direkte i gripperen selv og udviklede en proprietær blanding af materialer med mikrofluidiske kanaler, der ligner de bløde væv i den menneskelige hånd.
Seneste udviklinger i integration af multi-skala sug i avanceret robotteknologi kan forbedre effektiviteten og efficiensen af disse teknologier.
Blæksprutter, kendt for deres højere intelligens og sofistikerede øje-strukturer, der ligner mennesker, har inspireret betydelige udviklinger i robotteknologi. I år købte ABB Sevensense, en schweizisk tech-virksomhed, der specialiserer sig i at forbedre mobiliteten af industrielle robotter ved at udstyre dem med visuelle og kognitive evner.
I regnskabsåret 2023 rapporterede ABB Group en omsætning på 32,2 milliarder USD. Virksomheden investerede også betydelige 1,3 milliarder USD i forskning og udvikling og havde en operationel EBITA-margen på næsten 17%.
#2. Festo
I et andet tilfælde, hvor en førende robotteknologisk virksomhed allerede har vist interesse og måske kan udnytte den multi-skala sug yderligere til at forbedre deres evner, ser vi på den tyske robotteknologiske virksomhed Festos robot inspireret af en blæksprutte.
Oprindeligt kaldt OctopusGripper, kunne denne robotiske enhed gribe, holde og lægge objekter ved hjælp af en kombination af sugkopper og luft. Den er siden blevet omdøbt til Tentacle Gripper. Virksomheden beskriver dette bioniske gripper som en blød silikone-struktur, der kan kontrolleres pneumatisk. Når trykluft forsynes, kan gripperen bøje sig indad, hvilket giver den mulighed for at omringe objekter sikkert.
Strukturelt har gripperen to rækker af sugkopper monteret på indersiden af silikone-tentaklerne. Små sugkopper er placeret på gripperens spids, hvilket giver en passiv effekt, mens større sugkopper, drevet af en vakuum, hjælper med at objektet hæfter sig fast til gripperen.
Festo testede roboten på to pneumatisk letvægtsrobotter, der også var udviklet i Bionic Learning Network: BionicMotionRobot og BionicCobot. På grund af deres kinematiske natur var begge disse robotter fleksible og kunne variabelt stivnes på ubegrænsede måder.
Da den kunstige tentakel var udviklet af et blødt materiale, kunne den gribe blødt og forsigtigt. Virksomheden hævdede, at løsningen har stor potentiale for fremtidige samarbejdende arbejdspladser.
Omsætningsmæssigt var regnskabsåret 2023 et konsolideringsår for virksomheden. Ifølge en af Festos pressemeddelelser, var deres omsætning på 3,65 milliarder euro, en nedgang på 4,3% i forhold til året før.
Uanset den lede omsætningsnedgang hævdede virksomheden, at de fortsat investerede kraftigt i forskning og udvikling og udvidelse af regional markedstilbud. Mere specifikt investerede virksomheden 7,7% af deres omsætning i forskning og udvikling i 2023.
Om robotteknologi, der tager inspiration fra naturen og dyreverdenen
I dag diskuterede vi et specifikt tilfælde af robotteknologi, der tager inspiration fra en blækspruttes sugkopper. Set fra en bredere perspektiv kan det tage inspiration fra hele den naturlige verden omkring os. Og multiple bio-inspirerede robotteknologiske initiativer er allerede i gang i det offentlige rum.
For eksempel blev der i januar 2024 offentliggjort en forskning, der præsenterer en selvstændig voksende robot inspireret af de adaptive strategier, der findes hos klatreplanter, der kan navigere i ustrukturerede miljøer. Disse robotter kan efterligne klatreplanters apikale skud for at fornemme og koordinere additiv adaptiv vækst gennem en indbygget additiv fremstillingsmekanisme og en sensoriseret spids.
Betydelig forskning fandt også sted inden for området af materialer, der er kompatible med blød robotfremstilling. For nogle år siden udviklede en gruppe University of Minnesota Twin Cities-videnskabsmænd og ingeniører en plant-inspireret proces til at give syntetiske materialer vækst.
Løsningen kunne hjælpe forskere med at fremstille forbedrede bløde robotter, der kan navigere komplekse terræner, selv inden for den menneskelige krop. Ifølge Matthew Hausladen, den første forfatter af artiklen, var forskerholdet virkelig inspireret af, hvordan planter og svampe vokser. Forskerne sagde:
“Vi (forskerholdet) tog ideen om, at planter og svampe tilføjer materiale ved enden af deres kroppe, enten ved deres rodspidser eller ved deres nye skud, og vi oversatte det til et ingeniørsystem.”
Den naturlige verden har oplevet uendeligt mange ændringer og skift, end vi kan forestille os, med dyr, der overlever og tilpasser sig over årtusinder. Vi må studere deres utrolige tilpasningsteknikker omhyggeligt og observere dem i større detalje. At forsøge at replikere dem i deres sande ånd ville altid hjælpe os med at opnå langt mere, end vi kunne forestille os, inden for videnskab og teknologi.
Klik her for en liste over de 10 bedste robotteknologiske virksomheder.
