Robotics
Pag-unlad ng Robotics gamit ang Multi-Scale na Suksyon
Ang mga robot at ang pag-aaral ng robotics ay isang patuloy na umuunlad na larangan na patuloy na nagsusuri ng mga bagong paraan upang gawing mas epektibo at mas optimal ang ating mga proseso. Ang mga pagsisikap at pagsasaliksik na ito ay madalas na inspirasyon ng kalikasan at kaharian ng hayop sa paligid natin. Halimbawa, ang mga siyentipiko sa University of Bristol nakabuo ng isang robotic suction cup na may napaka-adaptibong kakayahan sa pagsuksok na kahalintulad ng mga biyolohikal na sucker ng isang pugita.
Mekanismo ng Suksyon na Inspirado ng Pugita sa mga Robot
Nagsimula ang lahat sa Bristol Robotics Laboratory na pinag-aaralan ang estruktura ng mga biyolohikal na sucker ng pugita na nagpapakita ng napakataas na antas ng kakayahan sa pagsuksok at maaaring kumapit sa anumang bato sa pinaka-optimal na paraan. Ang pananaliksik na ito ay nagbunsod ng paglikha ng isang multi-layer na malambot na estruktura at isang artipisyal na fluidic system na maaaring kumilos tulad ng kalamnan at mucus na estruktura ng isang pugita.
Habang ipinaliwanag ang pinakamahalagang tagumpay ng pananaliksik na ito, sinabi ni Tianqi Yue, ang pangunahing may-akda ng papel, ang sumusunod: “Ang pinakamahalagang pag-unlad ay na matagumpay naming naipakita ang bisa ng kombinasyon ng mekanikal na konpormasyon — ang paggamit ng malambot na materyales upang umangkop sa hugis ng ibabaw, at likidong selyo — ang pagkalat ng tubig sa nakontak na ibabaw para mapabuti ang adaptabilidad ng pagsuksok sa kumplikadong mga ibabaw. Maaaring ito rin ang lihim sa likod ng kakayahan ng mga biyolohikal na organismo na magkaroon ng adaptibong pagsuksok.”
Ang pangunahing pag-unlad, samakatuwid, ay ang pag-angat ng isang antas higit sa kasalukuyang anyo ng artipisyal na pagsuksok at pagpasok sa larangan ng adaptibong pagsuksok — ang kakayahang kumapit sa pinakamahirap at pinaka-komplikadong mga ibabaw. Kinailangan nito ang isang multi-suction mechanism, at ipinakita ng pananaliksik kung paano ito makakamit.
Pananaliksik sa Kasaysayan upang Mas Maunawaan kung Paano Gumagana ang mga Sucker ng Pugita
Ang pag-unawa kung paano gumagana ang pagsuksok sa mga pugita ay matagal nang interes ng komunidad ng siyensiya. Alam ng mga mananaliksik na ang mga pugita ay maaaring igalaw ang kanilang mga sucker nang paisa-isa at hawakan ang mga bagay ayon sa pangangailangan.
Isang pag-aaral na isinagawa ng mga mananaliksik sa Livorno na sumuri sa mga pugita higit isang dekada na ang nakalilipas at natuklasan na ang mga gilid at dulo ng kanilang mga sucker ay natatanging binuo. Ang kanilang mga sucker ay may maliliit, konsentrikong alulod, na tumutulong sa kanila na makabuo ng matibay na selyo sa anumang magaspang na ibabaw sa ilalim ng tubig.
Katulad na mga alulod ay makikita rin sa itaas na bahagi, na nagreresulta sa isang selyo na epektibo at matibay ngunit mababa ang presyon.
Habang mas pinagninilayan ang fenomenong ito ng mababang presyon, nakakuha pa ng karagdagang kaalaman ang mga mananaliksik tungkol sa mga sucker. Natuklasan nila na habang ang mga gilid at dulo ng mga sucker ay malambot, ang itaas ay mas matigas. Ang mas mababang elastisidad na ito, sa lahat ng posibilidad, ay tumutulong sa lokal na paglikha ng mababang presyon, na nagiging mas mahusay, matibay, at epektibo ang pagdikit.
Mula nang matuklasan ito, nagkaroon ng mga usapan tungkol sa paggaya sa mga mekanismo ng pagsuksok ng pugita sa mga robot. Ngayon, nakikita na natin ang mga pagsisikap na nagbubunga.
Multi-Suction Mechanism at Paano Ito Nasolusyunan!
Ipinanukala ng pananaliksik na ang mekanismong octopus-like multi-suction ay maaaring ulitin sa pamamagitan ng organikong kombinasyon ng mekanikal na konpormasyon at reguladong selyo ng tubig. Ang mga multi-layer na malambot na materyales na ginamit ng robotic solution ay unang lumikha ng magaspang na mekanikal na konpormasyon sa substrate, na sa huli ay nagbawas ng mga butas na tumutulo hanggang mikrometro. Ang mga butas na may sukat na mikron ay pagkatapos sinelyohan ng reguladong paglabas ng tubig mula sa isang artipisyal na fluidic system.
Mga Hinaharap na Implikasyon ng Pananaliksik na Ito
Habang binibigyang-diin ang mga posibleng larangan ng aplikasyon nito, binanggit ng mga mananaliksik na ang pag-unlad na ito ay maaaring magbukas ng daan para sa mga robotic gripper na kayang hawakan ang iba’t ibang kumplikadong tuyong ibabaw. Binigyang-diin nila ang kahalagahan ng multi-scale adaptive suction mechanism sa pagbuo ng mas epektibo at natatanging adaptibong mga estratehiya sa pagsuksok, na maaaring magdala sa isang buong hanay ng maraming gamit, malambot na mga mekanismo ng pagdikit.
“Ang kasalukuyang mga industriyal na solusyon ay gumagamit ng palaging bukas na mga air pump upang aktibong lumikha ng pagsuksok, subalit, ito ay maingay at nasasayang ang enerhiya.”
Ang kasalukuyang solusyon ay hindi nangangailangan ng pump, kaya ito ay mas mahusay. At ayon sa inaasahan ng mga developer nito, ang kasalukuyang solusyon ay magdadala sa susunod na henerasyon ng mga robotic gripper na maaaring epektibong hawakan ang iba’t ibang hindi regular na mga bagay. Ang koponan mismo ay nagpaplano ng isang matalinong suction cup na may nakapaloob na mga sensor na kayang kontrolin ang pag-uugali ng cup.
Habang ang pananaliksik na ito at ang solusyong iminungkahi nito ay tiyak na isang breakthrough, ang komunidad ng siyensiya at robotics ay palaging humahanga sa mga pugita.
Ang Kamangha-manghang Nilalang na Pugita
Ang genetic makeup ng isang pugita ay napaka-iba na ito ay malaki ang pagkakaiba kumpara sa halos anumang nilalang sa planetang ito. Isang Pag-aaral ng DNA sa mga Pugita ang nagpakita na sila ay may humigit-kumulang 33,000 na gene, mga 10,000 higit sa tao. Hindi tulad ng mga tao at maraming ibang hayop na maaaring baguhin ang kanilang genetic code, ang mga pugita ay may kamangha-manghang kakayahang i-edit ang kanilang sariling RNA.
May ilang pagkakapareho rin sa mga tao. At ang mga pagkakaparehong ito ay tumulong sa kanila na maging mas matalino tulad ng mga tao.
Halimbawa, ang mga pugita ay nagtataglay ng hanay ng mga gene na kahawig ng tao na nag-aambag sa isang neural network sa kanilang mga utak. Ang neural network na ito ay nagpapahintulot sa kanila na mag-adapt sa iba’t ibang sitwasyon at maging mabilis na nag-aaral. Dagdag pa rito, ang kanilang kakayahang i-edit ang kanilang mga RNA ay nagpapalakas ng kanilang adaptabilidad, na nagbibigay-daan sa kanila na tiisin ang matinding lamig ng malalim na karagatan.
Kagaya ng nakikita, ang mga pugita ay may malaking utak. At, tulad ng mga tao, mayroon silang saradong sistemang sirkulasyon, mga mata na protektado ng iris, retina, at lente.
Ang mga pugita ay mayroon ding pinakamagaling na kakayahan sa kamuflaje. Ngayon na ang kanilang genetic code ay na-decode, magiging mas madali para sa mga siyentipiko na maunawaan kung paano nila ito nagagawa. Binabago nila ang kulay ng kanilang balat sa loob ng milisegundo, isang kakayahan na maaaring pakinabangan ng mga neuroscientist, inhinyero ng tela, at inhinyero ng estruktura.
Ang Isip ng Pugita
Ang pisyolohikal na kahusayan ng isang pugita, lalo na ang malaking utak nito, ay nag-udyok sa mga siyentipiko na masusing pag-aralan ang mga prosesong kognitibo nito.
Noong 2016, si Peter Godfrey-Smith, isang Distinguished Professor of Philosophy sa Graduate Center, City University of New York, at propesor ng kasaysayan at pilosopiya ng agham sa University of Sydney sa Australya, ay sumulat ng aklat na pinamagatang ‘Other Minds: Ang Pugita, ang Dagat at ang Malalim na Pinagmulan ng Kamalayan.‘ Sa aklat na ito, isinulat niya:
“Ang mga pugita at ang kanilang mga kamag-anak (cuttlefish at pusit) ay kumakatawan sa isang isla ng mental na komplikasyon sa dagat ng mga walang-balat na hayop. Mula nang una kong makatagpo ang mga nilalang na ito mga isang dekada na ang nakalilipas, ako ay labis na naakit sa makapangyarihang pakiramdam ng pakikipag-ugnayan na posible kapag nakikipag-ugnayan sa kanila.”
Sa aklat, binigyang-diin ni Propesor Godfrey-Smith na ang isang karaniwang pugita ay may humigit-kumulang 500 milyong neuron sa katawan nito. Bagaman ito ay malayo sa dami ng neuron ng tao — halos 100 bilyon — ang mga pugita ay medyo matalino sa katotohanang sila ay makakakilos sa simpleng maze at epektibong magagamit ang mga visual cue upang makilala ang dalawang magkaibang ngunit pamilyar na kapaligiran at piliin ang pinakamainam na daan.
Ang kombinasyon ng talino at pisyolohikal na kakaiba ang nagpapatingkad sa mga pugita. Sa kabuuan, ang larangan ng robotics ay palaging nagsusumikap na maabot ang kalagayang ito kung saan ang matatalinong instrumento ay magsasagawa ng kumplikadong gawain. Hindi nakapagtataka na ang mga mag-aaral ng robotics ay patuloy na nag-aaral tungkol sa kamangha-manghang nilalang na ito. Bukod sa mga institusyonal na mananaliksik, ilang kilalang kumpanya ang aktibo sa larangang ito.
#1. ABB
Isang kumpanya na palaging interesado sa paggaya ng mga kakayahan ng pugita sa kanilang mga produkto ay ang ABB. Noong 2018, ang ABB Technological Ventures, ang strategic venture capital investment arm ng ABB, ay nakipag-partner sa Soft Robotics, isang spin-off mula sa Whitesides Group.
Inspirado ng functionality ng mga tentacle ng pugita, ang Soft Robotics ay nag-develop ng mga soft robotic actuator mula sa mga polymer na gumagana nang walang pangangailangan ng mga sensor o electromechanical na aparato. Ang kumpanya ay nagtayo at nag-embed ng computational power direkta sa mismong gripper at nag-develop ng proprietary na halo ng mga materyales na may microfluidic channels na ginagaya ang malambot na tisyu ng kamay ng tao.
Ang mga kamakailang pag-unlad sa pagsasama ng multi-scale suction sa advanced robotics ay maaaring mapabuti ang bisa at kahusayan ng mga teknolohiyang ito.
Ang mga pugita, na kilala sa kanilang mataas na talino at sopistikadong estruktura ng mata na kahawig ng tao, ay nagbigay inspirasyon sa makabuluhang pag-unlad sa robotics. Sa taong ito, nakuha ng ABB ang Sevensense, isang Swiss tech company na nagdadalubhasa sa pagpapahusay ng mobilidad ng mga industriyal na robot sa pamamagitan ng pag-equip sa kanila ng visual at cognitive capabilities.
Sa taong pinansyal 2023, iniulat ng ABB Group ang kita na US$32.2 bilyon. Ang kumpanya ay nag-invest din ng malaking halaga na US$1.3 bilyon sa pananaliksik at pag-unlad. Samantala, ang operational EBITA margin nito ay halos 17%.
#2. Festo
Sa isa pang halimbawa, kung saan isang nangungunang kumpanya sa robotics ang nagpakita na ng interes at maaaring gamitin ang multi-scale suction upang higit pang mapabuti ang kanilang kakayahan, titingnan natin ang German robotics company bot ng Festo na inspirasyon ng isang pugita.
Orihinal na tinawag na OctopusGripper, ang robotic device na ito ay maaaring pumick up, humawak, at maglagay ng mga bagay gamit ang kombinasyon ng mga sucker at hangin. Mula noon ay pinalitan ito ng pangalang Tentacle Gripper. Inilarawan ng kumpanya ang bionic gripper na ito bilang isang malambot na silicone structure na maaaring kontrolin ng pneumatic. Kapag nag-supply ng compressed air, ang gripper ay maaaring yumuko papaloob, na nagbibigay-daan upang ito ay yumukod sa mga bagay nang matibay.
Sa estruktura, ang gripper ay may dalawang hanay ng suction cups na nakakabit sa loob ng silicone tentacles. Ang maliliit na suction cups ay nakalagay sa dulo ng gripper, na nagbibigay ng passive effect, habang ang mas malalaking suction cups, na pinapagana ng vacuum, ay tumutulong sa bagay na dumikit nang mahigpit sa gripper.
Sinubukan ng Festo ang robot sa dalawang pneumatic lightweight robot na dinisenyo rin sa Bionic Learning Network: ang BionicMotionRobot at ang BionicCobot. Dahil sa kanilang kinematic na katangian, ang parehong robot ay flexible at maaaring i-stiffen sa iba’t ibang paraan.
Dahil ang artipisyal na tentacle ay ginawa mula sa malambot na materyal, maaari itong humawak nang banayad at malambot. Ipinahayag ng kumpanya na ang solusyon ay may malaking potensyal para sa mga futuristic collaborative workplaces.
Sa usapin ng kita, ang taong pinansyal 2023 ay isang taon ng konsolidasyon para sa kumpanya. Ayon sa isa sa mga press release ng Festo, ang naitalang turnover nito ay bahagyang mas mababa kaysa sa nakaraang taon (—4.3% sa humigit-kumulang 3.65 bilyong euro).
Sa kabila ng bahagyang pagbaba ng kita, iginiit ng kumpanya na patuloy itong nag-invest nang malaki sa pananaliksik at pag-unlad at sa pagpapalawak ng regional market supply. Mas partikular, nag-invest ang kumpanya ng 7.7% ng turnover nito sa pananaliksik at pag-unlad noong 2023.
Sa Robotics na Kumukuha ng Inspirasyon mula sa Kalikasan at Kaharian ng Hayop
Ngayon, tinalakay natin ang isang tiyak na halimbawa ng robotics na kumukuha ng inspirasyon mula sa mga sucker ng pugita. Gayunpaman, mula sa mas malawak na pananaw, maaari itong kumuha ng inspirasyon mula sa buong natural na mundo sa paligid natin. At maraming bio-inspired robotics na inisyatiba ay aktibo na sa pampublikong domain.
Halimbawa, noong Enero 2024, inilathala ang isang pananaliksik na nagpakita ng isang autonomous na lumalaking robot na inspirasyon ng mga adaptibong estratehiya ng pag-akyat ng mga halaman upang mag-navigate sa mga hindi istrukturadong kapaligiran. Ang mga robot na ito ay maaaring tularan ang apical shoots ng mga umakyat na halaman upang maramdaman at i-coordinate ang additive adaptive growth sa pamamagitan ng isang embedded additive manufacturing mechanism at isang sensorized tip.
Mahalagang pananaliksik din ang naganap sa larangan ng mga materyales na compatible sa soft robot manufacturing. Ilang taon na ang nakalipas, isang koponan ng mga siyentipiko at inhinyero mula sa University of Minnesota Twin Cities ang nag-develop ng isang plant-inspired na proseso upang mapalakas ang paglago ng synthetic material.
Ang solusyon ay makakatulong sa mga mananaliksik na gumawa ng pinahusay na soft robots na kayang mag-navigate sa kumplikadong teritoryo, kahit sa loob ng katawan ng tao. Ayon kay Matthew Hausladen, ang unang may-akda ng papel, ang mga mananaliksik ay talagang na-inspire sa kung paano lumalaki ang mga halaman at fungi. Sinabi ng mga mananaliksik:
“Kami (ang koponan ng mga mananaliksik) ay kinuha ang ideya na ang mga halaman at fungi ay nagdadagdag ng materyal sa dulo ng kanilang katawan, alinman sa mga dulo ng ugat o sa kanilang mga bagong shoots, at isinalin namin ito sa isang engineering system.”
Ang natural na mundo ay nakaranas ng hindi mabilang na pagbabago at pag-ikot na higit pa sa ating maiisip, kung saan ang mga hayop ay nakaligtas at nag-adapt sa loob ng libu-libong taon. Dapat nating pag-aralan nang masusing ang kanilang kahanga-hangang mga teknik sa adaptasyon at obserbahan ito nang mas detalyado. Ang pagsisikap na gayahin ang mga ito sa kanilang tunay na diwa ay palaging makakatulong sa atin na makamit ang higit pa kaysa sa ating maiisip sa larangan ng agham at teknolohiya.
I-click dito para sa listahan ng sampung pinakamahusay na kumpanya sa robotics.
