Ρομποτική
Προώθηση της Ρομποτικής με Πολυκλιματική Αναρρόφηση
Τα ρομπότ και η μελέτη της ρομποτικής είναι ένας συνεχώς εξελισσόμενος τομέας που συνεχίζει να εξερευνά νέες οδούς για να κάνει τις διαδικασίες μας πιο αποδοτικές και βελτιστοποιημένες. Αυτές οι προσπάθειες και εξερευνήσεις συχνά εμπνέονται από τη φύση και τα ζωικά βασίλεια γύρω μας. Για παράδειγμα, επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Μπρίστολανάπτυξαν μια ρομποτική αναρροφητική κούπα με υπερ‑προσαρμοστικές ικανότητες αναρρόφησης παρόμοιες με τις βιολογικές αναρροφητικές κυψέλες ενός χταποδιού.
Μηχανισμός Αναρρόφησης Εμπνευσμένος από το Χταπόδι στα Ρομπότ
Όλα ξεκίνησαν με το Bristol Robotics Laboratory που μελέτησε τη δομή των βιολογικών κυψέλων ενός χταποδιού, οι οποίες παρουσιάζουν πολύ υψηλά επίπεδα ικανότητας αναρρόφησης και μπορούν να αγκυροβοληθούν σε οποιοδήποτε βράχο με τον πιο βέλτιστο δυνατό τρόπο. Αυτή η έρευνα οδήγησε στη δημιουργία μιας πολυεπίπεδης μαλακής δομής και ενός τεχνητού υδρόφιλου συστήματος που θα μπορούσε να συμπεριφέρεται όπως οι μύες και οι βλεννογόνες δομές ενός χταποδιού.
Καθώς εξηγούσαν το πιο σημαντικό επίτευγμα αυτής της έρευνας, ο Tianqi Yue, κύριος συγγραφέας του άρθρου, είπε το εξής: «Η πιο σημαντική ανάπτυξη είναι ότι καταφέραμε να αποδείξουμε την αποτελεσματικότητα του συνδυασμού μηχανικής προσαρμογής - η χρήση μαλακών υλικών για προσαρμογή στο σχήμα της επιφάνειας, και υγρού σφραγίσματος - η διάχυση του νερού στην επαφή για βελτίωση της προσαρμοστικότητας της αναρρόφησης σε σύνθετες επιφάνειες. Μπορεί επίσης να είναι το μυστικό πίσω από την ικανότητα των βιολογικών οργανισμών να επιτυγχάνουν προσαρμοστική αναρρόφηση.»
Η κύρια ανάπτυξη, επομένως, είναι να προχωρήσουμε ένα βήμα πιο πάνω από την τρέχουσα μορφή τεχνητής αναρρόφησης και να εισέλθουμε στον χώρο της προσαρμοστικής αναρρόφησης — της ικανότητας προσκόλλησης στις πιο δύσκολες και σύνθετες επιφάνειες. Αυτό απαιτούσε έναν πολυαναρροφητικό μηχανισμό, και η έρευνα έδειξε πώς να τον επιτύχει.
Ιστορική Έρευνα για την Καλύτερη Κατανόηση του Πώς Λειτουργούν οι Αναρροφητικές Κυψέλες του Χταποδιού
Η κατανόηση του πώς λειτουργεί η αναρρόφηση στα χταπόδια αποτελεί εδώ και καιρό πεδίο ενδιαφέροντος για την επιστημονική κοινότητα. Οι ερευνητές ήξεραν ότι τα χταπόδια μπορούν να μετακινούν τις κυψέλες τους ανεξάρτητα και να πιάνουν αντικείμενα όποτε χρειάζεται.
Μια μελέτη που διεξήχθη από ερευνητές στο Λιβόρνο εξέτασε τα χταπόδια πριν από περισσότερο από μια δεκαετία και διαπίστωσε ότι οι πλευρές και οι άκρες των κυψέλων τους ήταν μοναδικά δομημένες. Οι κυψέλες τους είχαν μικρές, συγκεντρικές αυλακώσεις, που τους βοηθούσαν να σχηματίζουν ισχυρό σφράγισμα σε οποιαδήποτε τραχιά επιφάνεια υποβρύχια.
Παρόμοιες αυλακώσεις μπορούσαν να παρατηρηθούν και στην άνω ενότητα, δημιουργώντας ένα σφράγισμα που ήταν αποτελεσματικό και ισχυρό, αλλά χαμηλής πίεσης.
Καθώς ερευνούσαν περισσότερο αυτό το φαινόμενο χαμηλής πίεσης, οι ερευνητές απέκτησαν περισσότερες γνώσεις για τις κυψέλες. Διαπίστωσαν ότι ενώ οι πλευρές και οι άκρες των κυψέλων ήταν μαλακές, η κορυφή ήταν πολύ πιο στερεή. Αυτή η μικρότερη ελαστικότητα, με μεγάλη πιθανότητα, συνέβαλε στη δημιουργία τοπικής χαμηλής πίεσης, καθιστώντας την προσκόλληση ανώτερη, ανθεκτική και αποδοτική.
Από την ανακάλυψη αυτή, έχουν γίνει συζητήσεις για την μίμηση των μηχανισμών αναρρόφησης του χταποδιού σε ρομπότ. Τώρα, βλέπουμε τις προσπάθειες να φέρνουν καρπούς.
Μηχανισμός Πολυαναρρόφησης και Πώς Επιλύθηκε!
Η έρευνα πρότεινε ότι ο μηχανισμός πολυαναρρόφησης εμπνευσμένος από το χταπόδι θα μπορούσε να αναπαραχθεί μέσω ενός οργανικού συνδυασμού μηχανικής προσαρμογής και ρυθμιζόμενου υδρόφιλου σφραγίσματος. Τα πολυεπίπεδα μαλακά υλικά που χρησιμοποίησε η ρομποτική λύση δημιούργησαν αρχικά μια τραχιά μηχανική προσαρμογή στο υπόστρωμα, μειώνοντας τελικά τις διαρροές σε μικρόμετρα. Αυτές οι μικρομετρικές οπές στη συνέχεια σφραγίστηκαν από ρυθμιζόμενη εκροή νερού από ένα τεχνητό υδρόφιλου σύστημα.
Οι Μελλοντικές Επιπτώσεις αυτής της Έρευνας
Επισημαίνοντας τις πιθανές περιοχές εφαρμογής, οι ερευνητές σημείωσαν ότι αυτή η ανάπτυξη θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για ρομποτικούς λαβυρίδες ικανούς να χειρίζονται μια ποικιλία σύνθετων ξηρών επιφανειών. Τόνισαν τη σημασία αυτού του πολυκλιματικού προσαρμοστικού μηχανισμού αναρρόφησης στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και μοναδικά προσαρμοστικών στρατηγικών αναρρόφησης, που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ένα πλήρες φάσμα ευέλικτων, μαλακών μηχανισμών προσκόλλησης.
Επισημαίνοντας τη βελτίωση που αυτή η λύση προσφέρει σε σχέση με τις υπάρχουσες λύσεις, ο Tianqi Yue είπε:
«Οι τρέχουσες βιομηχανικές λύσεις χρησιμοποιούν συνεχόμενες αντλίες αέρα για να δημιουργούν ενεργά την αναρρόφηση, ωστόσο, αυτές είναι θορυβώδεις και σπαταλούν ενέργεια.»
Η τρέχουσα λύση δεν χρειάζεται αντλία, επομένως είναι ανώτερη. Και όπως ανέμεναν οι δημιουργοί της, η τρέχουσα λύση θα οδηγήσει σε επόμενης γενιάς ρομποτικούς λαβυρίδες που θα μπορούν να πιάνουν αποδοτικά διάφορα ακανόνιστα αντικείμενα. Η ομάδα σχεδιάζει επίσης μια έξυπνη αναρροφητική κούπα με ενσωματωμένους αισθητήρες που θα ρυθμίζουν αποτελεσματικά τη συμπεριφορά της κούπας.
Ενώ αυτή η έρευνα και η λύση που προτείνει σίγουρα αποτελούν μια επανάσταση, η επιστημονική και ρομποτική κοινότητα πάντα εμπνέεται από τα χταπόδια.
Το Καταπληκτικό Ον που είναι το Χταπόδι
Η γενετική σύσταση ενός χταποδιού είναι τόσο μοναδική που διαφέρει σημαντικά από σχεδόν κάθε οντότητα σε αυτόν τον πλανήτη. Μια μελέτη DNA στα χταπόδια αποκάλυψε ότι διαθέτουν περίπου 33.000 γονίδια, περίπου 10.000 περισσότερα από έναν άνθρωπο. Σε αντίθεση με τους ανθρώπους και πολλά άλλα ζώα που μπορούν να βελτιώσουν τον γενετικό τους κώδικα, τα χταπόδια έχουν την εκπληκτική ικανότητα να επεξεργάζονται το δικό τους RNA.
Υπήρχαν επίσης κάποιες ομοιότητες με τους ανθρώπους. Και αυτές οι ομοιότητες τους βοήθησαν να γίνουν πιο έξυπνοι όπως οι άνθρωποι.
Για παράδειγμα, τα χταπόδια διαθέτουν ένα σύνολο γονιδίων παρόμοιων με αυτά των ανθρώπων που συμβάλλουν σε ένα νευρωνικό δίκτυο στους εγκέφαλούς τους. Αυτό το νευρωνικό δίκτυο τα καθιστά προσαρμοστικά σε διάφορες συνθήκες και γρήγορους μαθητές. Επιπλέον, η ικανότητά τους να επεξεργάζονται τα RNAs ενισχύει την προσαρμοστικότητά τους, επιτρέποντάς τους να αντέχουν το ακραίο κρύο του βαθύ ωκεανού.
Όπως φαίνεται οπτικά, τα χταπόδια έχουν μεγάλο εγκέφαλο. Και, όπως οι άνθρωποι, διαθέτουν κλειστό κυκλοφορικό σύστημα, μάτια προστατευμένα από την ίριδα, αμφιβληστροειδή και φακό.
Τα χταπόδια διαθέτουν επίσης εξαιρετικές ικανότητες καμουφλάζ. Τώρα που ο γενετικός τους κώδικας έχει αποκρυπτογραφηθεί, θα είναι πιο εύκολο για τους επιστήμονες να καταλάβουν πώς το επιτυγχάνουν. Αλλάζουν το χρώμα του δέρματός τους σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, μια δυνατότητα από την οποία μπορούν να επωφεληθούν νευροεπιστήμονες, μηχανικοί υφασμάτων και δομικοί μηχανικοί.
Το Νου ενός Χταποδιού
Η φυσιολογική λαμπρότητα ενός χταποδιού, ιδιαίτερα ο μεγάλος εγκέφαλός του, έχει παρακινήσει τους επιστήμονες να μελετήσουν πιο βαθιά τις γνωστικές του διαδικασίες.
Το 2016, ο Peter Godfrey‑Smith, διακεκριμένος καθηγητής φιλοσοφίας στο Graduate Center, City University of New York, και καθηγητής ιστορίας και φιλοσοφίας της επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ στην Αυστραλία, συνέγραψε ένα βιβλίο με τίτλο ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness.‘ Στο βιβλίο αυτό, έγραψε:
«Τα χταπόδια και οι συγγενείς τους (καλαμοπάρδαλες και καλαμάρια) αποτελούν ένα νησί ψυχικής πολυπλοκότητας στη θάλασσα των ασπόνδυλων ζώων. Από τις πρώτες μου συναντήσεις με αυτά τα πλάσματα πριν από περίπου μια δεκαετία, με ενθουσίασε η ισχυρή αίσθηση εμπλοκής που είναι δυνατή όταν αλληλεπιδράς μαζί τους.»
Στο βιβλίο, ο καθηγητής Godfrey‑Smith τόνισε ότι ένα κοινό χταπόδι είχε περίπου 500 εκατομμύρια νευρώνες στο σώμα του. Αν και αυτό είναι πολύ λιγότερο από ό,τι έχουν οι άνθρωποι — σχεδόν 100 δισεκατομμύρια — τα χταπόδια είναι αρκετά έξυπνα, καθώς μπορούν να διασχίζουν απλούς λαβύρινθους και να χρησιμοποιούν οπτικές ενδείξεις αποτελεσματικά για να διακρίνουν δύο διαφορετικά αλλά γνωστά περιβάλλοντα και να επιλέγουν τη βέλτιστη διαδρομή.
Ο συνδυασμός νοημοσύνης και φυσιολογικής μοναδικότητας κάνει τα χταπόδια να ξεχωρίζουν. Στην ουσία, ο τομέας της ρομποτικής προσπαθεί πάντα να επιτύχει αυτήν την κατάσταση όπου έξυπνα όργανα θα εκτελούν σύνθετες εργασίες. Δεν είναι περίεργο ότι οι φοιτητές ρομποτικής εξερευνούν σταθερά αυτό το καταπληκτικό ον. Εκτός από ερευνητές ιδρυμάτων, αρκετές γνωστές εταιρείες είναι ενεργές σε αυτόν τον τομέα.
#1. ABB
Μία εταιρεία που πάντα είχε ενδιαφέρον να μιμηθεί τις δυνατότητες του χταποδιού στα προϊόντα της ήταν η ABB. Το 2018, η ABB Technological Ventures, το στρατηγικό βραχίονα επενδύσεων κεφαλαίου κινδύνου της ABB, συνήψε μια συνεργασία με τη Soft Robotics, μια θυγατρική του Whitesides Group.
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=0-2B1Vn75Qg&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Frodinanews.co.uk%2F&feature=emb_imp_woyt
Εμπνευσμένη από τη λειτουργικότητα των πλοκάμων ενός χταποδιού, η Soft Robotics ανέπτυξε μαλακούς ρομποτικούς ενεργοποιητές από πολυμερή που λειτουργούν χωρίς την ανάγκη αισθητήρων ή ηλεκτρομηχανικών συσκευών. Η εταιρεία ενσωμάτωσε την υπολογιστική ισχύ απευθείας στο λαβυρίδα και ανέπτυξε μια ιδιόκτητη μίξη υλικών με μικρορευστοδυναμικά κανάλια που μιμούνται τους μαλακούς ιστούς του ανθρώπινου χεριού.
Πρόσφατες εξελίξεις στην ενσωμάτωση πολυκλιματικής αναρρόφησης σε προηγμένα ρομπότ μπορούν να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα αυτών των τεχνολογιών.
Τα χταπόδια, γνωστά για την υψηλότερη νοημοσύνη τους και τις εξελιγμένες δομές των ματιών τους που μοιάζουν με τα ανθρώπινα, έχουν εμπνεύσει σημαντικές εξελίξεις στη ρομποτική. Φέτος, η ABB εξαγόρασε τη Sevensense, μια ελβετική τεχνολογική εταιρεία που ειδικεύεται στην ενίσχυση της κινητικότητας των βιομηχανικών ρομπότ εξοπλίζοντάς τα με οπτικές και γνωστικές δυνατότητες.
Στο οικονομικό έτος 2023, η ABB Group ανακοίνωσε έσοδα 32,2 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ. Η εταιρεία επίσης έκανε σημαντική επένδυση 1,3 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ στην έρευνα και ανάπτυξη. Παράλληλα, το λειτουργικό περιθώριο EBITA ήταν κοντά στο 17%.
#2. Festo
Σε μια άλλη περίπτωση, όπου μια κορυφαία εταιρεία ρομποτικής έχει ήδη δείξει ενδιαφέρον και μπορεί να αξιοποιήσει περαιτέρω την πολυκλιματική αναρρόφηση για να ενισχύσει τις δυνατότητές της, κοιτάμε τη γερμανική εταιρεία ρομποτικής το ρομπότ της Festo εμπνευσμένο από ένα χταπόδι.
https:://www.youtube.com/watch?v=WeEJrJNpvP0
Αρχικά ονομάστηκε OctopusGripper, αυτή η ρομποτική συσκευή μπορούσε να σηκώνει, να κρατά και να τοποθετεί αντικείμενα χρησιμοποιώντας συνδυασμό κυψέλων και αέρα. Έκτοτε έχει μετονομαστεί σε Tentacle Gripper. Η εταιρεία περιγράφει αυτό το βιονικό λαβυρίδα ως μια μαλακή σιλικονούχα δομή που μπορεί να ελεγχθεί πνευματικά. Όταν παρέχεται συμπιεσμένος αέρας, το λαβυρίδα μπορεί να λυγίσει προς τα μέσα, επιτρέποντάς του να τυλίγεται γύρω από τα αντικείμενα με ασφάλεια.
Δομικά, το λαβυρίδα διαθέτει δύο σειρές αναρροφητικών κούπας που είναι τοποθετημένες στο εσωτερικό των σιλικονούχων πλοκάμων. Μικρές αναρροφητικές κούπες τοποθετούνται στην άκρη του λαβυρίδα, παρέχοντας παθητικό αποτέλεσμα, ενώ μεγαλύτερες κούπες, τροφοδοτούμενες από κενό, βοηθούν το αντικείμενο να προσκολληθεί σταθερά στο λαβυρίδα.
Η Festo έδωσε δοκιμές στο ρομπότ με δύο ελαφριά πνευματικά ρομπότ που επίσης αναπτύχθηκαν στο Bionic Learning Network: το BionicMotionRobot και το BionicCobot. Λόγω της κινηματικής τους φύσης, και τα δύο ρομπότ ήταν ευέλικτα και μπορούσαν να ενισχυθούν με μεταβλητή σκληρότητα με άπειρους τρόπους.
Από τη στιγμή που το τεχνητό πλοκάμι αναπτύχθηκε από μαλακό υλικό, μπορούσε να πιάσει απαλά και ήπια. Η εταιρεία ισχυρίστηκε ότι η λύση έχει μεγάλο δυναμικό για μελλοντικούς συνεργατικούς χώρους εργασίας.
Σε ό,τι αφορά τα έσοδα, το οικονομικό έτος 2023 ήταν ένα έτος ενοποίησης για την εταιρεία. Σύμφωνα με ένα δελτίο τύπου της Festo, η καταγεγραμμένη κυκλοφορία της ήταν ελαφρώς κάτω από το επίπεδο του προηγούμενου έτους (—4,3% σε περίπου 3,65 δισεκατομμύρια ευρώ).
Ανεξάρτητα από τη μικρή πτώση στα έσοδα, η εταιρεία ισχυρίστηκε ότι συνέχισε να επενδύει βαριά στην έρευνα και ανάπτυξη και στην επέκταση της περιφερειακής αγοράς. Πιο συγκεκριμένα, η εταιρεία επένδυσε το 7,7% της κυκλοφορίας της στην έρευνα και ανάπτυξη το 2023.
Για τη Ρομποτική που Εμπνέεται από τη Φύση και το Ζωικό Βασίλειο
Σήμερα, συζητήσαμε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα ρομποτικής που αντλεί έμπνευση από τις κυψέλες ενός χταποδιού. Ωστόσο, από μια ευρύτερη προοπτική, μπορεί να αντλήσει έμπνευση από ολόκληρο τον φυσικό κόσμο που μας περιβάλλει. Και πολλές πρωτοβουλίες βιο‑εμπνευσμένης ρομποτικής είναι ήδη σε δράση στον δημόσιο τομέα.
Για παράδειγμα, τον Ιανουάριο του 2024, δημοσιεύτηκε έρευνα που παρουσίαζε ένα αυτόνομο αναπτυσσόμενο ρομπότ εμπνευσμένο από τις προσαρμοστικές στρατηγικές συμπεριφοράς των αναρριχητικών φυτών για την πλοήγηση σε αδόμητα περιβάλλοντα. Αυτά τα ρομπότ θα μπορούσαν να μιμηθούν τις άκρες των αναρριχητικών φυτών για να ανιχνεύουν και να συντονίζουν προσθετική προσαρμοστική ανάπτυξη μέσω ενσωματωμένου μηχανισμού προσθετικής κατασκευής και μιας αισθητηριακής άκρης.
Σημαντική έρευνα πραγματοποιήθηκε επίσης στον τομέα των υλικών συμβατών με την κατασκευή μαλακών ρομπότ. Πριν από μερικά χρόνια, μια ομάδα επιστημόνων και μηχανικών του University of Minnesota Twin Cities ανέπτυξε μια διαδικασία εμπνευσμένη από τα φυτά για να ενδυναμώσει την ανάπτυξη συνθετικών υλικών.
Η λύση θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να κατασκευάσουν βελτιωμένα μαλακά ρομπότ ικανά να πλοηγούνται σε σύνθετα εδάφη, ακόμη και μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Σύμφωνα με τον Matthew Hausladen, πρώτο συγγραφέα του άρθρου, οι ερευνητές εμπνεύστηκαν πραγματικά από το πώς τα φυτά και τα μύκητες αναπτύσσονται. Οι ερευνητές δήλωσαν:
«Εμείς (η ομάδα των ερευνητών) πήραμε την ιδέα ότι τα φυτά και τα μύκητες προσθέτουν υλικό στο τέλος του σώματός τους, είτε στις άκρες των ριζών είτε στα νέα τους βλαστάρια, και το μεταφράσαμε σε ένα μηχανικό σύστημα.»
Ο φυσικός κόσμος έχει υποστεί απεριόριστες αλλαγές και μεταβολές περισσότερο από ό,τι μπορούμε να φανταστούμε, με τα ζώα να επιβιώνουν και να προσαρμόζονται σε χιλιετίες. Πρέπει να μελετήσουμε τις απίστευτες τεχνικές προσαρμογής τους με επιμέλεια και να τις παρατηρήσουμε με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Η προσπάθεια να τις αντιγράψουμε στο αληθινό τους πνεύμα θα μας βοηθήσει πάντα να πετύχουμε πολύ περισσότερα από ό,τι μπορούμε να φανταστούμε στους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.
Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις δέκα καλύτερες εταιρείες ρομποτικής.
