Robotikk
Fremme robotikk med flerskala sugekraft
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Roboter og studiet av robotikk er et stadig utviklende felt som fortsetter å utforske nye veier for å gjøre prosessene våre mer effektive og optimaliserte. Disse innsatsene og utforskningene er ofte inspirert av naturen og dyrekongedømmet rundt oss. For eksempel forskere ved University of Bristol utviklet en robotisk sugekopp med superadaptiv sugeevne lik en blekkspruts biologiske sugekopper.
Bleksugemekanisme inspirert av blekksprut i roboter
Alt begynte med Bristol Robotics Laboratory som studerte strukturen til en blekkspruts biologiske sugekopper som viser svært høye sugeevner og kan feste seg til enhver stein på den mest optimale måten mulig. Denne forskningen førte til skapelsen av en flerlags myk struktur og et kunstig fluidisk system som kunne oppføre seg som muskulaturen og slimstrukturen til en blekksprut.
Mens han forklarte den mest betydningsfulle prestasjonen i denne forskningen, sa Tianqi Yue, hovedforfatteren av artikkelen, følgende: «Den viktigste utviklingen er at vi med suksess demonstrerte effektiviteten av kombinasjonen av mekanisk tilpasning – bruk av myke materialer for å tilpasse seg overflatens form – og væskesikring – spredning av vann på den kontaktende overflaten for å forbedre sugeevnen på komplekse overflater. Det kan også være hemmeligheten bak biologiske organismers evne til å oppnå adaptiv suging.»
Den viktigste utviklingen er derfor å gå ett steg høyere enn den nåværende formen for kunstig suging og gå inn i domenet for adaptiv suging – evnen til å feste seg til de mest vanskelige og komplekse overflater. Dette krevde en multi‑sugekopper mekanisme, og forskningen demonstrerte hvordan dette kan oppnås.
Historisk forskning for bedre forståelse av hvordan blekksprutens sugekopper fungerer
Å forstå hvordan suging i blekkspruter fungerer har lenge vært et interesseområde for det vitenskapelige fellesskapet. Forskere visste at blekkspruter kunne bevege sine sugekopper uavhengig og gripe tak i objekter etter behov.
En studie utført av forskere i Livorno for mer enn et tiår siden undersøkte blekkspruter og oppdaget at sidene og kantene av deres sugekopper var unikt konstruert. Sugekoppen hadde små, konsentriske riller som hjalp dem med å danne en sterk forsegling på enhver ru overflate under vann.
Lignende riller kunne også sees i den øvre delen, noe som resulterte i en forsegling som var effektiv og sterk, men med lavt trykk.
Mens de undersøkte dette lavtrykksfenomenet nærmere, fikk forskerne flere innsikter om sugekoppen. De oppdaget at mens sidene og kantene av sugekoppen var myke, var toppen mye stivere. Denne lavere elastisiteten bidro sannsynligvis til lokal generering av lavt trykk, noe som gjorde adhesjonen overlegen, robust og effektiv.
Siden denne oppdagelsen har det vært snakk om å etterligne blekksprutens sugemekanismer i roboter. Nå kan vi se at innsatsen gir resultater.
Multi-sugekopper mekanisme og hvordan den ble knekt!
Forskningen foreslo at den blekksprutlignende multi‑sugekopper mekanismen kunne replikeres gjennom en organisk kombinasjon av mekanisk tilpasning og regulert vannforsegling. De flerlags myke materialene som den robotiske løsningen benyttet, skapte først en grov mekanisk tilpasning til underlaget, noe som etter hvert reduserte lekkasjer til mikrometer. Disse mikronstørrelses åpningene ble deretter forseglet av regulert vannsekresjon fra et kunstig fluidisk system.
Fremtidige implikasjoner av denne forskningen
Mens de fremhevet potensielle bruksområder, bemerket forskerne at denne utviklingen kan bane vei for robotiske gripeverktøy som kan håndtere en rekke komplekse tørre overflater. De understreket viktigheten av denne flerskala adaptive sugemekanismen for å utvikle mer effektive og unikt adaptive suge‑strategier, noe som kan føre til et fullt spekter av allsidige, myke adhesjonsmekanismer.
Mens de påpekte forbedringen denne løsningen gir i forhold til eksisterende løsninger, sa Tianqi Yue:
«Nåværende industrielle løsninger bruker alltid‑på luftpumper for aktivt å generere suging, men disse er støyende og sløser med energi.»
Den nåværende løsningen trenger ingen pumpe, så den er overlegen. Og som forventet av utviklerne, vil den nåværende løsningen føre til neste generasjons robotgrepere som effektivt kan gripe ulike uregelmessige objekter. Teamet planlegger også en intelligent sugekopp med innebygde sensorer som vil kunne regulere koppens oppførsel.
Selv om denne forskningen og løsningen den foreslår definitivt regnes som et gjennombrudd, har det vitenskapelige og robotikk‑samfunnet alltid blitt inspirert av blekkspruter.
Det fantastiske vesenet som er blekksprut
Den genetiske sammensetningen til en blekksprut er så unik at den avviker betydelig fra nesten alle andre skapninger på planeten. En DNA‑studie på blekkspruter avslørte at de har omtrent 33 000 gener, ca. 10 000 mer enn et menneske. I motsetning til mennesker og mange andre dyr som kan forbedre sin genetiske kode, har blekkspruter den fantastiske evnen til å redigere sitt eget RNA.
Det var også noen likheter med mennesker. Og disse likhetene hjalp dem med å bli mer intelligente som mennesker.
For eksempel har blekkspruter et sett av menneskelignende gener som bidrar til et nevralt nettverk i hjernen deres. Dette nevrale nettverket gjør dem tilpasningsdyktige i varierte omstendigheter og raske lærere. I tillegg forbedrer deres evne til å redigere RNA deres tilpasningsevne, slik at de kan tåle den ekstreme kulden i dypet av havet.
Som det visuelt fremgår, har blekkspruter en stor hjerne. Og, som mennesker, har de et lukket sirkulasjonssystem, iris‑beskyttede øyne, netthinne og linse.
Blekkspruter har også førsteklasses kamuflasjefunksjoner. Nå som deres genetiske kode er blitt dekodet, vil det bli lettere for forskere å forstå hvordan de oppnår dette. De endrer hudfargen på millisekunder, en evne som nevrovitenskapsfolk, tekstilingeniører og strukturingeniører kan dra nytte av.
Blekksprutens sinn
Den fysiologiske briljansen til en blekksprut, spesielt dens store hjerne, har motivert forskere til å studere dens kognitive prosesser mer inngående.
I 2016 skrev Peter Godfrey‑Smith, Distinguished Professor of Philosophy ved Graduate Center, City University of New York, og professor i historie og vitenskapsfilosofi ved University of Sydney i Australia, en bok med tittelen ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness.’ I den skrev han:
«Blekkspruter og deres slektninger (blekksprut og blekksprut) representerer en øy av mental kompleksitet i havet av virvelløse dyr. Siden mine første møter med disse skapningene for omtrent et tiår siden, har jeg vært fascinert av den kraftige følelsen av engasjement som er mulig når man interagerer med dem.»
I boken fremhevet professor Godfrey‑Smith at en vanlig blekksprut hadde rundt 500 millioner nevroner i kroppen. Selv om dette er langt mindre enn det mennesker har – nesten 100 milliarder – er blekkspruter ganske intelligente ved at de kan navigere enkle labyrinter og bruke visuelle ledetråder effektivt for å skille to forskjellige, men kjente miljøer og velge den beste ruten.
Det er kombinasjonen av intelligens og fysiologisk unikhet som får blekkspruter til å skille seg ut. I hovedsak har robotikkfeltet alltid forsøkt å oppnå denne tilstanden hvor intelligente verktøy kan utføre komplekse oppgaver. Det er ikke overraskende at robotikkstudenter jevnlig utforsker dette fantastiske vesenet. Bortsett fra institusjonelle forskere, er flere kjente selskaper aktive på dette området.
#1. ABB
Et selskap som alltid har hatt interesse for å etterligne blekksprutens evner i sine produkter, var ABB. I 2018 inngikk ABB Technological Ventures, ABBs strategiske venturekapitalarm, et partnerskap med Soft Robotics, et spin‑off fra Whitesides Group.
Inspirert av funksjonaliteten til en blekkspruts tentakler, utviklet Soft Robotics myke robotaktuatorer fra polymerer som fungerer uten behov for sensorer eller elektromechaniske enheter. Selskapet bygde og integrerte den beregningskraften direkte i selve gripeverktøyet og utviklet en proprietær blanding av materialer med mikrofluidiske kanaler som etterligner de myke vevene i den menneskelige hånden.
Nylige utviklinger innen integrering av flerskala suging i avansert robotikk kan forbedre effektiviteten og ytelsen til disse teknologiene.
Blekkspruter, kjent for sin høye intelligens og sofistikerte øyestrukturer som ligner på menneskers, har inspirert betydelige utviklinger innen robotikk. I år kjøpte ABB opp Sevensense, et sveitsisk teknologiselskap som spesialiserer seg på å forbedre mobiliteten til industrielle roboter ved å utstyre dem med visuelle og kognitive evner.
I regnskapsåret 2023 rapporterte ABB Group en omsetning på US$32,2 milliarder. Selskapet foretok også en betydelig investering på US$1,3 milliarder i forskning og utvikling. Samtidig var driftsmarginen EBITA nær 17 %.
#2. Festo
I et annet tilfelle, hvor et ledende robotikkfirma allerede har vist interesse og kan utnytte flerskala suging ytterligere for å forbedre sine evner, ser vi på det tyske robotikkselskapet Festos robot inspirert av en blekksprut.
Opprinnelig kalt OctopusGripper, kunne denne roboten plukke opp, holde og legge ned gjenstander ved hjelp av en kombinasjon av sugekopper og luft. Den har siden blitt omdøpt til Tentacle Gripper. Selskapet beskriver denne bioniske gripeklossen som en myk silikonstruktur som kan styres pneumatikkt. Når komprimert luft tilføres, kan gripeklossen bøye seg innover, slik at den kan omslutte gjenstander sikkert.
Strukturelt har gripeklossen to rader med sugekopper festet til innsiden av silikontentaklene. Små sugekopper er plassert på gripeklossens spiss, og gir en passiv effekt, mens større sugekopper, drevet av vakuum, hjelper objektet å feste seg fast til gripeklossen.
Festo testet roboten på to pneumatiske lettvektsroboter også utviklet i Bionic Learning Network: BionicMotionRobot og BionicCobot. På grunn av deres kinematiske natur var begge robotene fleksible og kunne varieres i stivhet på uendelige måter.
Siden den kunstige tentaklen ble utviklet fra et mykt materiale, kunne den gripe forsiktig og mykt. Selskapet hevdet at løsningen har stort potensial for futuristiske samarbeidsarbeidsplasser.
Når det gjelder inntekter, var regnskapsåret 2023 et konsolideringsår for selskapet. Ifølge en av Festos pressemeldinger var omsetningen litt under nivået fra året før (‑4,3 % til rundt 3,65 milliarder euro).
Uavhengig av den lille nedgangen i inntektene, hevdet selskapet at de fortsatte å investere tungt i forskning og utvikling samt utvidelse av regional markedstilførsel. Mer spesifikt investerte selskapet 7,7 % av omsetningen i forskning og utvikling i 2023.
Om robotikk som henter inspirasjon fra naturen og dyrekongedømmet
I dag diskuterte vi ett spesifikt tilfelle av robotikk som tar inspirasjon fra en blekkspruts sugekopper. Men sett fra et bredere perspektiv kan den ta inspirasjon fra hele den naturlige verden rundt oss. Flere bio‑inspirerte robotikkinitiativ er allerede i gang i det offentlige rom.
For eksempel, i januar 2024 ble forskning publisert som presenterte en autonom voksende robot inspirert av de adaptive atferdsstrategiene til klatreplanter for å navigere ustrukturerte miljøer. Disse robotene kunne etterligne klatreplanters apikale skudd for å oppfatte og koordinere additiv adaptiv vekst gjennom en innebygd additiv produksjonsmekanisme og en sensorisert spiss.
Betydelig forskning foregikk også innen materialer som er kompatible med produksjon av myke roboter. For noen år siden utviklet et team av forskere og ingeniører ved University of Minnesota Twin Cities en plante‑inspirert prosess for å muliggjøre syntetisk materialvekst.
Løsningen kan hjelpe forskere med å produsere forbedrede myke roboter som kan navigere komplekse terreng, selv innenfor menneskekroppen. Ifølge Matthew Hausladen, første forfatter av artikkelen, var forskerne virkelig inspirert av hvordan planter og sopp vokser. Forskerne sa:
«Vi (forskerteamet) tok ideen om at planter og sopp legger til materiale på enden av kroppen, enten ved rottippene eller ved nye skudd, og vi oversatte dette til et ingeniørsystem.»
Den naturlige verden har opplevd uendelig flere endringer og skift enn vi kan forestille oss, med dyr som overlever og tilpasser seg gjennom årtusener. Vi må studere deres utrolige tilpasningsteknikker nøye og observere dem i større detalj. Å forsøke å replikere dem i deres sanne ånd vil alltid hjelpe oss å oppnå mye mer enn vi kan forestille oss innen vitenskap og teknologi.
