Hydrogel Manipuleren Kan De Wendbaarheid En Veelzijdigheid Van Moderne Robotica Verhogen

Een nieuwe studie gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters, onthult een “microscopisch fenomeen” dat hydrogel sneller laat samentrekken. De ontdekking, genaamd Continuum Poroelastic Theory, kan grote gevolgen hebben voor vele industrieën, waaronder zachte robotica. Het zou de sleutel kunnen zijn om deze apparaten lichter en wendbaarder te maken. Hier is wat u moet weten.

Hydrogel

Hydrogel is een flexibel, waterinsluitbaar materiaal dat bestaat uit dichte polymeerketens. Deze ketens kunnen vloeistoffen absorberen en efficiënt vasthouden. In deze toestand bestaat hydrogel voornamelijk uit water. Hydrogels kunnen vervolgens de opgeslagen vloeistoffen vrijgeven en samentrekken onder een stimulus. Deze stimulus kan chemisch zijn, zoals veranderingen in de pH, of atmosferisch, zoals temperatuur- of veldveranderingen.

Hydrogel heeft zachte, flexibele eigenschappen en is te vinden in uw haargel, tandpasta, cosmetica en andere waterrijke oplossingen. Het wordt ook vaak gebruikt in de gezondheidszorg voor wondverband, brandwondverzorging en meer. Voor robots kan het dienen als een betrouwbare vervanging voor zwaardere alternatieven zoals kunststoffen.

Hydrogel Upgrade voor Niet-Nalevende Robots

Niet-nalevende, of zachte robots, zijn gemaakt van verschillende buigbare materialen, waardoor ze unieke taken kunnen uitvoeren. Deze op maat gemaakte apparaten kunnen in krappe ruimtes passen, complexe ruïnes doorkruisen en zelfs helpen bij medicijnafgifte. Volgens onderzoekers zouden hydrogels in de toekomst rubbers en hydraulische componenten in zachte robots kunnen vervangen.
Zachte robots hebben een groot voordeel ten opzichte van hun stijve tegenhangers bij bepaalde toepassingen. Ten eerste kunnen ze zich aanpassen om hun druk over een groter oppervlak te verdelen, waardoor ze een zachtere aanraking hebben. Wanneer deze voordelen worden gecombineerd met het vermogen om zich aan bijna elke omgeving aan te passen, worden zachte robots de voornaamste oplossing voor specifieke taken.

Huidige Systemen

Hydraulische en pneumatische systemen domineren momenteel de robotica-industrie. Ze zijn betrouwbaar en bestaan al tientallen jaren in vele vormen. Er zijn echter aanzienlijke nadelen aan deze systemen, vooral bij miniaturiseerde en niet-nalevende robotica.

Bijvoorbeeld, niet-nalevende robots die afhankelijk zijn van deze systemen om van vorm te veranderen, moeten slangen, leidingen en pompen integreren. Deze onderdelen zijn bijna onmogelijk te vervaardigen op microscopisch niveau. Zelfs op grotere schaal voegt elke pomp en slang gewicht toe aan deze kleine apparaten. Gewicht vermindert de batterijduur, reiskapaciteit en meer van een robot. Bijgevolg kan de hydrogelontdekking van de onderzoekers robots helpen om veelzijdiger te opereren, terwijl het gewicht geoptimaliseerd wordt en nieuwe toepassingsscenario’s mogelijk worden.

Zij geloven dat hun doorbraak niet-nalevende robotica naar de toekomst kan katapulteren, waardoor meer efficiëntie en wendbaarheid mogelijk worden terwijl het gewicht wordt verminderd. Hydrogels kunnen rubbers om verschillende redenen vervangen. De belangrijkste voordelen zijn dat ze lichter zijn en de noodzaak voor hydraulische of pneumatische systemen wegnemen. Hierdoor worden zachte robots minder complex om te bouwen.

Microscopisch Fenomeen

De onderzoekers beschrijven de ontdekking van een microscopisch fenomeen dat werd waargenomen tijdens het bestuderen van de uitzetting en samentrekking van hydrogels onder verschillende omstandigheden. De “Continuum Poroelastic Theory” introduceert een hydrogelgerichte oplossing die aan alle eisen voor microrobotica voldoet. Het is lichtgewicht, betrouwbaar, controleerbaar en gemakkelijker te vervaardigen dan de huidige opties.

Hydrogel Onderzoeksdetails

Onderzoekers begonnen met het creëren van een dunne laag hydrogelfilm. Deze poreuze laag liet water en ionen onder bepaalde omstandigheden vrijelijk passeren. De eerste afwijking die werd waargenomen, was dat een proces dat bekend staat als gel-diffusiophoresis een plotselinge toename van de osmotische druk van het gel veroorzaakt. Het diffusiophoresis-proces zorgde ervoor dat de hydrogel onmiddellijk opzwol toen ionen werden geïntroduceerd.
Opmerkelijk is dat de hydrogel terugkrimpt naar zijn oorspronkelijke grootte nadat de vloeistof is verdreven. De met ionen doordrenkte hydrogels breidden zich uit en krimpten honderden keren sneller dan de oorspronkelijke methoden. Bovendien toonden de gegevens aan dat de diffusie-fotofoor zwemmethode veel efficiënter was.

Verhoogde Wendbaarheid

Onderzoekers zijn enthousiast omdat de ontdekking kan helpen zachte robots wendbaarder te maken. Bijvoorbeeld, het is een doel geweest om een robotische hand te creëren met de behendigheid en wendbaarheid van menselijke handen. Het team gelooft dat deze ontdekking een cruciale stap kan zijn om dit mogelijk te maken. Als het slaagt, zullen zachte robots in de komende jaren veel meer taken die menselijk contact vereisen overnemen.

Grotere Robots

Een andere belangrijke ontdekking is dat hydrogel kan worden gebruikt om grotere zachte robots te maken. Momenteel zijn de meeste zachte robots beperkt tot microscopische afmetingen. Het extra vermogen en het verminderde gewicht van hydrogel stellen deze apparaten in staat om op te schalen tot een grootte van een centimeter. Opmerkelijk is dat kleine robots vaak in zwermen werken om de efficiëntie te verbeteren.

Toepassingen in de Praktijk voor Hydrogel Zachte Robots

Er zijn veel toepassingen in de praktijk voor zachte robots. Tegenwoordig worden deze apparaten ingezet voor het plukken van fruit, het sorteren in magazijnen, en in de toekomst voor gezondheidszorgtaken. Hieronder staan de belangrijkste sectoren die zachte robotica blijft beïnvloeden.

Productie

De meest prominente industrie voor integratie van zachte robots is de productie. Hier vindt u handachtige apparaten die op transportbanden worden gebruikt. Deze eenheden kunnen delicate voorwerpen oppakken en in verpakkingen plaatsen of sorteren in specifieke categorieën. In de toekomst zullen deze robots in staat zijn om wat ze oppakken te “voelen” met behulp van geavanceerde sensoren en AI.

Zoek- en Reddingsoperaties

Zachte robots kunnen een cruciale rol spelen bij het vinden van overlevenden van natuurrampen. Het is vaak bekend dat puin reddingsinspanningen belemmert en leidt tot extra slachtoffers na grote rampen. Niet-nalevende robots kunnen zich een weg kronkelen door rampgebieden en met geavanceerde sensoren sneller overlevenden lokaliseren. Deze robots kunnen overlevenden helpen communiceren en zelfs levensreddende voorraden leveren wanneer dat nodig is.

Verkenning

Niet-nalevende robots kunnen verkenning ook efficiënter maken. Robots zijn de toekomst van verkenning in de diepe ruimte en de oceaan. Ze kunnen dieper gaan, verder reizen en waardevollere gegevens leveren dan menselijke bemanningen. Zachte robots, in het bijzonder, kunnen toegang krijgen tot nog nooit eerder geziene locaties zoals oceaandiepten omdat ze zich kunnen aanpassen aan de druk, waardoor ze onderzoek naar nieuwe wetenschappelijke gebieden mogelijk maken.

Gezondheidszorg

Er zijn veel toepassingen in de gezondheidszorg voor zachte robots. Deze apparaten kunnen helpen bij het afleveren van medicijnen, het bestrijden van ziektes, het zuiveren van water en nog veel meer. Het gebied van bio-robotica blijft innovatieve hybride machines creëren die levend weefsel als onderdeel van hun kerncomponenten gebruiken. Deze apparaten kunnen op een dag het leven van miljoenen verbeteren door protheses te maken die onmerkbaar zijn voor de drager en vele andere levensverbeterende upgrades.

Toonaangevende Robotica Bedrijven

De robotica-industrie is een snelgroeiende markt die vroeger werd gedomineerd door slechts enkele belangrijke spelers, zoals Boston Dynamics. Tegenwoordig is er veel meer keuze, aangezien de markt nu verschillende vakgebieden omvat. Hieronder staan enkele robotica-bedrijven die hydrogels kunnen benutten om hun aanbod te verbeteren.

1. Intuitive Surgical

ISRG Prijsgrafiek

Intuitive Surgical (ISRG ) is een pionier op de markt voor robotica in de gezondheidszorg. Dit unieke bedrijf heeft een verscheidenheid aan producten en diensten die het onderscheiden, waaronder chirurgische assistenten, Da Vinci en Ion. Deze hightech oplossingen dragen bij aan minimaal invasieve operaties. Opmerkelijk is dat de nieuwste Da Vinci-upgrade chirurgen in staat stelt incisieën te voelen via feedback en meer.
Intuitive Surgical is een sterke toevoeging aan elk portfolio. Het in de VS gevestigde bedrijf maakt deel uit van de NASDAQ-100 en S&P 500. Bovendien zijn hun diensten zeer gewild. Concreet vermeldt het bedrijf meer dan 8.600 Da Vinci-systemen die internationaal zijn geïmplementeerd. Bijgevolg heeft Intuitive Surgical een reputatie verworven als wereldleider in robotica-technologie.

2. UiPath

PATH Prijsgrafiek

UiPath (PATH ) is een softwarebedrijf voor robotprocesautomatisering (RPA). Het bedrijf ontwikkelt programma’s die robots in staat stellen repetitieve taken te leren en vervolgens over te nemen van menselijke tegenhangers. Het werd opgericht in Roemenië en verhuisde naar New York toen het uitgroeide tot een belangrijke marktconcurrent. Vandaag is het de toonaangevende RPA-softwareleverancier wereldwijd.
UiPath werd marktleider dankzij zijn consistentie en prestaties. Het bedrijf heeft keer op keer bewezen dat zijn diensten bedrijfsactiviteiten kunnen stroomlijnen voor meerdere high‑level klanten, waaronder Canon, EY, VITAL en TQL. Bovendien heeft het bedrijf verschillende vermeldingen in Forbes. Al deze factoren maken van UiPath een aandeel om in de gaten te houden.

Problemen met Zachte Robots

Zachte robots hebben enkele problemen die overwonnen moeten worden om grootschalige adoptie te bereiken. Ten eerste hebben ze niet de robuuste duurzaamheid of prestaties van hun stevige tegenhangers. Er zijn ook zorgen over het besturen van robots met oneindige bewegingsvrijheid. Het modelleren van de bewegingen van deze apparaten vereist veel innovatie en tijd. Bedrijven zoals UiPath zullen ongetwijfeld een steeds belangrijkere rol spelen bij de ontwikkeling van besturingssystemen voor zachte robots in de toekomst.

Onderzoekers

De studie werd uitgevoerd door een team van onderzoekers onder leiding van de fysicus van Virginia Tech, C. Nadir Kaplan, en de doctoraatskandidaat Chinmay Katke. Opmerkelijk is dat het duo werd ondersteund door professor C. Nadir Kaplan en Peter A. Korevaar van de Radboud Universiteit in Nederland.

Hydrogel Kan Zachte Robots Nuttiger Maken

Het team achter de hydrogelontdekking heeft mogelijk de sleutel ontgrendeld om zachte robots nuttiger te maken. Hydrogels kunnen rubbers, hydraulica, actuatoren en andere zwaardere, complexere alternatieven vervangen. Om deze redenen kan dit onderzoek worden beschouwd als een belangrijke doorbraak die de moeite waard is om in de toekomst te volgen.

Leer over andere coole robotica-projecten nu.