Η Χειραγώγηση του Υδρογέλης Μπορεί να Ενισχύσει την Ευκινησία και την Πολυμορφία των Σύγχρονων Ρομποτικών

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, αποκαλύπτει ένα «μικροσκοπικό φαινόμενο» που επιτρέπει στο υδρόγέλη να συστέλλεται πιο γρήγορα. Η ανακάλυψη, που ονομάζεται Θεωρία Συνεχούς Ποροελαστικότητας, θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις σε πολλές βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της μαλακής ρομποτικής. Θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την ελαφρύτερη και πιο ευκίνητη κατασκευή αυτών των συσκευών. Ακολουθεί τι πρέπει να γνωρίζετε.

Υδρόγέλη

Το υδρόγέλη είναι ένα ευέλικτο, αδιάβροχο υλικό που αποτελείται από πυκνούς πολυμερικούς αλυσίδες. Αυτές οι αλυσίδες μπορούν να απορροφήσουν υγρά και να τα διατηρήσουν αποτελεσματικά. Σε αυτήν την κατάσταση, το υδρόγέλη αποτελείται κυρίως από νερό. Τα υδρόγέλη μπορούν στη συνέχεια να απελευθερώσουν τα αποθηκευμένα υγρά και να συστέλλονται υπό ερέθισμα. Αυτό το ερέθισμα μπορεί να είναι χημικό, όπως αλλαγές στο pH, ή ατμοσφαιρικό, όπως αλλαγές θερμοκρασίας ή πεδίου.

Το υδρόγέλη έχει μαλακά, ευέλικτα χαρακτηριστικά και μπορεί να βρεθεί στο τζελ μαλλιών, τη οδοντόκρεμα, τα καλλυντικά και άλλες λύσεις με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό. Χρησιμοποιείται επίσης συχνά στην υγειονομική περίθαλψη για επιδέσμους τραυμάτων, φροντίδα εγκαυμάτων και άλλα. Για ρομπότ, θα μπορούσε να λειτουργήσει ως αξιόπιστη αντικατάσταση για πιο βαριές εναλλακτικές όπως τα πλαστικά.

Το Υδρόγέλη Αναβαθμίζει τα Μη Συμμορφούμενα Ρομπότ

Τα μη συμμορφούμενα, ή μαλακά ρομπότ, κατασκευάζονται από διάφορα ευλύγιστα υλικά, επιτρέποντάς τους να εκτελούν μοναδικές εργασίες. Αυτές οι ειδικά σχεδιασμένες συσκευές μπορούν να ενσωματωθούν σε στενούς χώρους, να πλοηγηθούν σε σύνθετα ερείπια και ακόμη να βοηθήσουν στην παράδοση φαρμάκων. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα υδρόγέλη θα μπορούσαν στο μέλλον να αντικαταστήσουν τις καουτσούκ και τα υδραυλικά εξαρτήματα στα μαλακά ρομπότ.
Τα μαλακά ρομπότ έχουν σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των στερεών τους αντίστοιχων όταν συζητούνται ορισμένες εφαρμογές. Για παράδειγμα, μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να διανείμουν την πίεσή τους σε μεγαλύτερο χώρο, επιτρέποντάς τους να έχουν πιο ήπιο άγγιγμα. Όταν αυτά τα πλεονεκτήματα συνδυαστούν με τη δυνατότητα προσαρμογής σε σχεδόν οποιοδήποτε περιβάλλον, τα μαλακά ρομπότ γίνονται η κύρια λύση για συγκεκριμένες εργασίες.

Τρέχοντα Συστήματα

Τα υδραυλικά και πνευματικά συστήματα κυριαρχούν αυτή τη στιγμή στη βιομηχανία ρομποτικής. Είναι αξιόπιστα και υπάρχουν εδώ και δεκαετίες σε πολλές μορφές. Ωστόσο, παρουσιάζουν σημαντικά μειονεκτήματα, ειδικά όταν συζητούνται μικρο- και μη συμμορφούμενα ρομπότ.

Για παράδειγμα, τα μη συμμορφούμενα ρομπότ που βασίζονται σε αυτά τα συστήματα για αλλαγή σχήματος πρέπει να ενσωματώνουν σωλήνες, γραμμές και αντλίες. Αυτά τα στοιχεία είναι σχεδόν αδύνατο να δημιουργηθούν σε μικροσκοπικά επίπεδα. Ακόμη και όταν κλιμακώνονται, κάθε αντλία και σωλήνας προσθέτει βάρος σε αυτές τις μικρές συσκευές. Το βάρος μειώνει τη διάρκεια μπαταρίας του ρομπότ, τις δυνατότητες μετακίνησης και άλλα. Συνεπώς, η ανακάλυψη του υδρογέλης από τους ερευνητές θα μπορούσε να βοηθήσει τα ρομπότ να λειτουργούν με μεγαλύτερη ευελιξία, βελτιστοποιώντας το βάρος και επιτρέποντας νέες περιπτώσεις χρήσης.

Πιστεύουν ότι η επανάστασή τους θα μπορούσε να προωθήσει τα μη συμμορφούμενα ρομπότ στο μέλλον, προσφέροντας μεγαλύτερη αποδοτικότητα και ευκινησία ενώ μειώνει το βάρος. Τα υδρόγέλη θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τα καουτσούκ για πολλούς λόγους. Τα κύρια οφέλη είναι ότι είναι πιο ελαφριά και εξαλείφουν την ανάγκη για υδραυλικά ή πνευματικά συστήματα. Ως εκ τούτου, καθιστούν τα μαλακά ρομπότ λιγότερο πολύπλοκα στην κατασκευή.

Μικροσκοπικό Φαινόμενο

Οι ερευνητές περιγράφουν την ανακάλυψη ενός μικροσκοπικού φαινομένου που παρατηρήθηκε κατά την εξέταση της διαστολής και συστολής των υδρογέλων υπό διάφορες συνθήκες. Η «Θεωρία Συνεχούς Ποροελαστικότητας» εισάγει μια λύση κεντρική στο υδρόγέλη που καλύπτει όλα τα κριτήρια για τη μικρορομποτική. Είναι ελαφριά, αξιόπιστη, ελεγχόμενη και πιο εύκολη στην κατασκευή από τις τρέχουσες επιλογές.

Λεπτομέρειες Έρευνας Υδρογέλης

Οι ερευνητές ξεκίνησαν δημιουργώντας μια λεπτή στρώση υδρόγέλης. Αυτή η πορώδης στρώση επέτρεψε στο νερό και στα ιόντα να περνούν ελεύθερα υπό ορισμένες συνθήκες. Η πρώτη ανωμαλία που παρατηρήθηκε ήταν ότι μια διαδικασία γνωστή ως διαφθοροφωρησία του γέλης προκαλεί ξαφνική αύξηση της ωσμικής πίεσης του γέλης. Η διαδικασία διαφθοροφωρησίας έκανε το υδρόγέλη να φουσκώσει άμεσα όταν εισήχθησαν ιόντα.
Σημαντικό είναι ότι το υδρόγέλη συστέλλεται στο αρχικό του μέγεθος μετά την απομάκρυνση του υγρού. Τα υδρόγέλη που περιέχουν ιόντα διέτειναν και συστέλλονταν εκατοντάδες φορές πιο γρήγορα από τις αρχικές μεθόδους. Επιπλέον, τα δεδομένα αποκάλυψαν ότι η μέθοδος διαστίλισης-φωρησίας ήταν πολύ πιο αποδοτική.

Αυξημένη Ευκινησία

Οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι επειδή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει τα μαλακά ρομπότ να γίνουν πιο ευκίνητα. Για παράδειγμα, είναι στόχος η δημιουργία ρομποτικού χεριού με την ευελιξία και την ευκινησία των ανθρώπινων χεριών. Η ομάδα πιστεύει ότι αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να είναι ένα κρίσιμο βήμα για την υλοποίησή του. Εάν επιτύχει, τα μαλακά ρομπότ θα κληρονομήσουν πολλές περισσότερες εργασίες που σχετίζονται με την ανθρώπινη επαφή τα επόμενα χρόνια.

Μεγαλύτερα Ρομπότ

Μια άλλη σημαντική ανακάλυψη είναι ότι το υδρόγέλη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μεγαλύτερων μαλακών ρομπότ. Προς το παρόν, τα περισσότερα μαλακά ρομπότ περιορίζονται σε μικροσκοπικά μεγέθη. Η πρόσθετη ισχύς και το μειωμένο βάρος του υδρογέλης επιτρέπουν σε αυτές τις συσκευές να κλιμακώνονται μέχρι και ένα εκατοστό. Σημαντικό είναι ότι είναι σύνηθες τα μικροσκοπικά ρομπότ να λειτουργούν σε σμήνη για βελτίωση της αποδοτικότητας.

Πραγματικές Εφαρμογές για Μαλακά Ρομπότ Υδρογέλης

Υπάρχουν πολλές πραγματικές εφαρμογές για τα μαλακά ρομπότ. Σήμερα, αυτές οι συσκευές μπορούν να βρεθούν στη συγκομιδή φρούτων, στην ταξινόμηση αποθηκών και στο μέλλον, στην εκτέλεση εργασιών υγειονομικής περίθαλψης. Ακολουθούν οι κύριοι τομείς που η μαλακή ρομποτική συνεχίζει να επηρεάζει.

Κατασκευή

Η πιο σημαντική βιομηχανία για ενσωμάτωση μαλακών ρομπότ είναι η κατασκευή. Εδώ μπορείτε να βρείτε συσκευές που μοιάζουν με χέρια και χρησιμοποιούνται σε ζώνες μεταφοράς. Αυτές οι μονάδες μπορούν να σηκώνουν ευαίσθητα αντικείμενα και να τα τοποθετούν σε συσκευασία ή να τα ταξινομούν σε συγκεκριμένες κατηγορίες. Στο μέλλον, αυτά τα ρομπότ θα μπορούν να «αισθάνονται» τι παίρνουν χρησιμοποιώντας προηγμένους αισθητήρες και τεχνητή νοημοσύνη.

Αναζήτηση και Διάσωση

Τα μαλακά ρομπότ θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στην εύρεση επιζώντων από φυσικές καταστροφές. Συχνά παρατηρείται ότι τα συντρίμμια εμποδίζουν τις επιχειρήσεις διάσωσης και προκαλούν επιπλέον θανάτους μετά από μεγάλες καταστροφές. Τα μη συμμορφούμενα ρομπότ θα μπορούσαν να σαλεύσουν μέσα από τις ζώνες καταστροφής και να χρησιμοποιήσουν προηγμένους αισθητήρες για να εντοπίσουν επιζώντες πιο γρήγορα. Αυτά τα ρομπότ θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιζώντες να επικοινωνήσουν και ακόμη να παραδώσουν ζωτικής σημασίας προμήθειες όταν χρειάζεται.

Εξερεύνηση

Τα μη συμμορφούμενα ρομπότ θα μπορούσαν επίσης να κάνουν την εξερεύνηση πιο αποδοτική. Τα ρομπότ είναι το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος και της θάλασσας. Μπορούν να φτάσουν πιο βαθιά, να ταξιδέψουν πιο μακριά και να παρέχουν πιο πολύτιμα δεδομένα από ό,τι οι ανθρώπινες αποστολές. Τα μαλακά ρομπότ, ειδικά, θα μπορούσαν να προσπελάσουν ποτέ-πριν-δείτε τοποθεσίες όπως τα βάθη του ωκεανού, επειδή μπορούν να προσαρμοστούν στην πίεση και να επιτρέπουν περαιτέρω ερευνητικές προσπάθειες σε νέους επιστημονικούς τομείς.

Υγειονομική Περίθαλψη

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές υγειονομικής περίθαλψης για τα μαλακά ρομπότ. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην παράδοση φαρμάκων, στην καταπολέμηση ασθενειών, στον καθαρισμό νερού και πολλά άλλα. Ο τομέας της βιο-ρομποτικής συνεχίζει να δημιουργεί καινοτόμες υβριδικές μηχανές που χρησιμοποιούν ζωντανός ιστό ως μέρος των βασικών τους στοιχείων. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν κάποια μέρα να βελτιώσουν τη ζωή εκατομμυρίων ανθρώπων, δημιουργώντας προσθετικά μέρη που δεν γίνονται αισθητά από τον χρήστη και πολλές άλλες βελτιώσεις που ωφελούν τη ζωή.

Κορυφαίες Εταιρείες Ρομποτικής

Η βιομηχανία ρομποτικής είναι μια ταχύτατα εξελισσόμενη αγορά που παλαιότερα κυριαρχούνταν από λίγους βασικούς παίκτες, όπως η Boston Dynamics. Σήμερα, υπάρχει πολύ μεγαλύτερη επιλογή, καθώς η αγορά περιλαμβάνει πλέον διάφορους τομείς. Ακολουθούν ορισμένες εταιρείες ρομποτικής που θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν τα υδρόγέλη για να βελτιώσουν τις προσφορές τους.

1. Intuitive Surgical

ISRG Διάγραμμα τιμής

Η Intuitive Surgical (ISRG ) είναι ένας πρωτοπόρος στην αγορά ρομποτικής υγειονομικής περίθαλψης. Αυτή η μοναδική εταιρεία διαθέτει μια ποικιλία προϊόντων και υπηρεσιών που την ξεχωρίζουν, συμπεριλαμβανομένων των χειρουργικών βοηθών, Da Vinci και Ion. Αυτές οι υψηλής τεχνολογίας λύσεις συμβάλλουν σε ελάχιστα επεμβατικές επεμβάσεις. Σημαντικό είναι ότι η τελευταία αναβάθμιση του Da Vinci επιτρέπει στους χειρουργούς να αισθάνονται τις τομές μέσω ανάδρασης και άλλων.
Η Intuitive Surgical αποτελεί ισχυρή προσθήκη σε οποιοδήποτε χαρτοφυλάκιο. Η εταιρεία με έδρα τις ΗΠΑ είναι μέρος του NASDAQ-100 και του S&P 500. Επιπλέον, οι υπηρεσίες της είναι σε υψηλή ζήτηση. Συγκεκριμένα, η εταιρεία αναφέρει ότι έχουν εγκατασταθεί πάνω από 8.600 συστήματα Da Vinci παγκοσμίως. Συνεπώς, η Intuitive Surgical έχει κερδίσει τη φήμη ως παγκόσμιος ηγέτης τεχνολογίας στον τομέα της ρομποτικής.

2. UiPath

PATH Διάγραμμα τιμής

Η UiPath (PATH ) είναι μια εταιρεία λογισμικού αυτοματοποίησης ρομποτικών διαδικασιών (RPA). Η εταιρεία δημιουργεί προγράμματα που επιτρέπουν στα ρομπότ να μαθαίνουν επαναλαμβανόμενες εργασίες και στη συνέχεια να τις αναλαμβάνουν από τους ανθρώπινους συνεργάτες. Ιδρύθηκε στη Ρουμανία και μεταφέρθηκε στη Νέα Υόρκη καθώς μεγάλωσε και έγινε σημαντικός ανταγωνιστής στην αγορά. Σήμερα, είναι ο κορυφαίος πάροχος λογισμικού RPA παγκοσμίως.
Η UiPath έγινε η ηγετική εταιρεία της αγοράς λόγω της συνέπειας και της απόδοσής της. Η εταιρεία έχει αποδείξει επανειλημμένα ότι οι υπηρεσίες της μπορούν να βοηθήσουν στην απλοποίηση των επιχειρησιακών δραστηριοτήτων για πολλούς υψηλού επιπέδου πελάτες, όπως η Canon, η EY, η VITAL και η TQL. Επιπλέον, η εταιρεία έχει πολλές αναφορές στο Forbes. Όλοι αυτοί οι παράγοντες κάνουν την UiPath μια μετοχή που αξίζει να παρακολουθείται.

Προβλήματα με τα Μαλακά Ρομπότ

Τα μαλακά ρομπότ αντιμετωπίζουν ορισμένα ζητήματα που πρέπει να ξεπεραστούν για να επιτευχθεί ευρεία υιοθέτηση. Κατ’ αρχάς, δεν διαθέτουν την ανθεκτικότητα ή την απόδοση των στερεών τους αντίστοιχων. Υπάρχουν επίσης ανησυχίες σχετικά με τον έλεγχο ρομπότ με άπειρους βαθμούς κίνησης. Η μοντελοποίηση των κινήσεων αυτών των συσκευών απαιτεί πολλή καινοτομία και χρόνο. Εταιρείες όπως η UiPath θα παίξουν σίγουρα έναν ολοένα και πιο κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη συστημάτων ελέγχου μαλακών ρομπότ στο μέλλον.

Ερευνητές

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα ερευνητών υπό την ηγεσία του φυσικού επιστήμονα του Virginia Tech, C. Nadir Kaplan, και του υποψηφίου διδάκτορα, Chinmay Katke. Σημαντικό είναι ότι το ζευγάρι υποστηρίχθηκε από τον καθηγητή C. Nadir Kaplan και τον Peter A. Korevaar από το Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία.

Το Υδρόγέλη Θα Μπορεί να Καταστήσει τα Μαλακά Ρομπότ Πιο Χρήσιμα

Η ομάδα πίσω από την ανακάλυψη του υδρογέλης μπορεί μόλις να έχει ξεκλειδώσει το κλειδί για να κάνει τα μαλακά ρομπότ πιο χρήσιμα. Τα υδρόγέλη θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τα καουτσούκ, τα υδραυλικά, τους ενεργοποιητές και άλλες πιο βαριές, πιο πολύπλοκες εναλλακτικές. Για αυτούς τους λόγους, αυτή η έρευνα μπορεί να θεωρηθεί μια σημαντική επανάσταση που αξίζει να παρακολουθήσουμε στο μέλλον.

Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα έργα ρομποτικής τώρα.