Maaaring Mapahusay ng Hydrogel ang Liksi at Iba’t Ibang Gamit ng mga Robot

Isang bagong pag-aaral na inilathala sa Physical Review Letters ang nagpapaliwanag kung paano maaaring mas mabilis na lumobo at lumiit ang hydrogel. Ang mekanismo ay diffusiophoresis, na inilalarawan gamit ang teoryang poroelastic. Maaari itong makatulong sa pagbuo ng mas mabilis tumugong malalambot na robot, ngunit hindi pa ito isang tapos na robotic system.

Hydrogel

Ang hydrogel ay isang network ng mga polymer na kayang sumipsip at magpanatili ng maraming tubig nang hindi natutunaw. Maaaring magbago ang laki nito dahil sa angkop na stimulus, gaya ng pagbabago sa kemikal na komposisyon, pH o temperatura, depende sa uri ng gel.

Dahil malambot at nababaluktot, ginagamit ang mga hydrogel sa mga produktong tulad ng ilang gel, kosmetiko at pantakip sa sugat. Pinag-aaralan din ang paggamit nito bilang materyal ng mga robot. Gayunman, ang pagpili ng materyal ay nakadepende sa kinakailangang lakas, tibay at paraan ng pagkontrol.

Posibleng Papel ng Hydrogel sa Malalambot na Robot

Ang malalambot na robot ay gumagamit ng mga materyal na madaling magbago ng hugis. Ang salitang non-compliant ay nangangahulugang hindi madaling bumigay o magbago ng hugis, kaya hindi ito tamang tawag sa mga robot na ito. Kabilang sa pinag-aaralang gamit ng soft robotics ang pagpasok sa masisikip na lugar at paghahatid ng gamot.

Maaaring umangkop ang malambot na bahagi sa hugis ng bagay na hinahawakan nito at ipamahagi ang presyon sa mas malaking lugar. Kapaki-pakinabang ito sa ilang maseselang gawain, ngunit hindi nangangahulugang mas mahusay ang soft robot sa lahat ng kapaligiran.

Kasalukuyang Mga Sistema

Ginagamit ang mga hydraulic at pneumatic system sa maraming malalambot na robot. Nakapagbibigay ang mga ito ng puwersa at kontroladong paggalaw, ngunit maaaring maging mahirap ang pagliit ng mga bomba, tubo at koneksiyon.

Kung umaasa ang isang maliit na robot sa mga tubo at bomba, nakadaragdag ang mga bahaging ito sa bigat at pagiging masalimuot nito. Maaaring makatulong ang ibang mekanismo ng pagbabago ng hugis upang mabawasan ang ilang pangangailangang iyon. Kakailanganin pa ring isaalang-alang ang enerhiya, bilis at paraan ng pagbibigay ng stimulus.

Maaaring magbukas ang hydrogel research ng ibang paraan ng pagpapagalaw sa malalambot na materyal. Hindi nito awtomatikong inaalis ang lahat ng bomba o elektronikong bahagi, at hindi rin palaging mas magaan ang hydrogel kaysa sa rubber: malaking bahagi ng masa nito ay tubig.

Mikroskopikong Penomena

Sinuri ng koponan ang mga interaksiyon ng ion at polymer habang lumolobo at lumiliit ang gel. Gumamit sila ng “continuum poroelastic theory” upang ilarawan ang prosesong ito. Ang teorya ay isang balangkas sa pagmomodelo; hindi ito pangalan ng bagong materyal o isang produktong handa nang gamitin sa robot.

Mga Detalye ng Pananaliksik sa Hydrogel

Nagmula ang pagsusuri sa mga eksperimento sa manipis na polyacrylic-acid hydrogel. Nakadaraan ang tubig at mga ion sa ibabaw nito. Kapag napakawalan ang mga ion sa loob ng gel, ang kanilang hindi pantay na distribusyon at interaksiyon sa polymer ay maaaring magdulot ng mabilis na paglobo.

Habang kumakalat ang mga ion at bumabalik sa balanse ang sistema, lumiliit muli ang gel. Ipinaliliwanag ng modelo kung paano maaaring mas mabilis ang unang paglobo kaysa sa karaniwang bilis ng pagsipsip ng tubig. Hindi ito patunay na lahat ng hydrogel ay agad tumutugon o laging mas matipid sa enerhiya.

Mas Mataas na Agilidad

Maaaring makatulong ang mas mabilis na pagbabago ng hugis sa mga actuator at robotic gripper. Gayunman, ang dexterity ng kamay ng tao ay nangangailangan din ng maaasahang sensing at kontrol; hindi pa ito naipakita ng pag-aaral na ito.

Mas Malalaking Robot

Sa mga hydrogel device na tumutugon sa kemikal, maaaring bumagal ang pagbabago ng hugis habang lumalaki ang sukat. Iminungkahi ng mga mananaliksik na maaaring makatulong ang mekanismo sa mga device na may sukat na sentimetro, ngunit kailangan pa itong pag-aralan. Hindi totoo na lahat ng soft robot ay mikroskopiko lamang.

Mga Praktikal na Aplikasyon para sa Hydrogel Soft Robots

May mga malalambot na gripper nang ginagamit sa paghawak ng mga produkto. Samantala, marami sa mga gamit ng hydrogel robot sa medisina at pagliligtas ay nasa yugto pa ng pananaliksik. Narito ang ilang posibleng aplikasyon.

Paggawa

Sa pagmamanupaktura, maaaring humawak at maglipat ng maseselang bagay ang mga malalambot na gripper. Makadaragdag ang mga sensor at angkop na kontrol sa kakayahan nilang “maramdaman” ang presyon o katangian ng bagay na hinahawakan nila. Hindi kailangan ng AI sa bawat ganitong sistema.

Paghahanap at Pagliligtas

Pinag-aaralan ang mga nababaluktot na robot na maaaring dumaan sa makikitid na puwang sa mga lugar na nasalanta. Posibleng magdala sila ng mga sensor o kagamitan sa komunikasyon, ngunit kailangan munang masuri ang tibay, kontrol at kakayahang kumilos sa tunay na guho.

Eksplorasyon

Maaari ring makatulong ang mga malalambot na robot sa paggalugad ng mga kapaligirang mahirap puntahan ng tao. Para sa paggamit sa malalim na dagat o kalawakan, hindi sapat ang pagiging nababaluktot: kailangan ding kayanin ng buong sistema ang presyon, temperatura, komunikasyon at iba pang kundisyon.

Pangangalagang Pangkalusugan

Kabilang sa pinag-aaralang medikal na gamit ang paghahatid ng gamot at maliliit na device na nakikipag-ugnayan sa katawan. May hiwalay ding pananaliksik sa biohybrid robot na gumagamit ng buhay na tisyu. Ang mga ito ay hindi pa pangkalahatang patunay ng ligtas at epektibong paggamot sa tao.

Mga Nangungunang Kumpanya sa Robotika

Saklaw ng robotics ang maraming magkakaibang negosyo, mula sa mga pisikal na makina hanggang sa software automation. Ang dalawang kumpanyang ito ay halimbawa ng pagkakaibang iyon; hindi ipinakikita ng hydrogel study na gumagamit sila ng naturang mekanismo.

1. Intuitive Surgical

ISRG Tsart ng Presyo

Ang Intuitive Surgical (ISRG ) ay gumagawa ng mga sistemang medikal na tinutulungan ng robot. Kabilang dito ang da Vinci para sa operasyon at Ion para sa bronchoscopy. Noong Marso 2024, nakatanggap ng FDA clearance ang da Vinci 5, na may opsiyonal na force-feedback instruments upang maramdaman ng siruhano ang puwersang inilalapat sa tisyu.

May 8,606 da Vinci system na naka-install sa buong mundo sa pagtatapos ng 2023. Ipinakikita nito ang lawak ng paggamit ng platform, ngunit hindi nito tinitiyak ang resulta ng bawat operasyon o ang magiging kita ng kumpanya. Kailangan pa ring suriin ng mga mamumuhunan ang panganib, gastos at kompetisyon.

2. UiPath

PATH Tsart ng Presyo

Ang UiPath (PATH ) ay nagbibigay ng robotic process automation o RPA software. Ang “robot” dito ay programang nag-aautomat ng mga gawaing digital, hindi pisikal na malambot na robot. Itinatag ang kumpanya sa Romania at kalauna’y nagkaroon ng punong-tanggapan sa New York.

Maaaring gamitin ang RPA upang i-automate ang paulit-ulit na proseso sa mga application at sistema ng negosyo. Iba ito sa sensing at pagkontrol ng hydrogel actuator. Ang pagganap sa software automation ay hindi patunay ng pakikilahok ng UiPath sa pananaliksik na tinalakay rito.

Mga Problema sa Soft Robots

Kabilang sa mga hamon ng soft robotics ang tibay, bilis ng pagtugon, sensing at pagkontrol sa maraming posibleng pagbabago ng hugis. Kailangang angkop sa materyal at gawain ang modelong ginagamit. Walang batayan sa pag-aaral para sabihing tiyak na magiging pangunahing tagapagbuo ng mga controller nito ang UiPath.

Mga Mananaliksik

Ang mga may-akda ay sina Chinmay Katke at C. Nadir Kaplan ng Virginia Tech, at Peter A. Korevaar ng Radboud University sa Netherlands. Pinagsama nila ang mga naunang eksperimento at teoretikal na pagmomodelo upang ipaliwanag ang mekanismo ng mabilis na paglobo ng gel.

Maaaring Gawing Mas Kapaki-pakinabang ang Hydrogel sa mga Soft Robot

Nagbibigay ang pag-aaral ng pisikal na paliwanag sa mabilis na pagbabago ng laki ng ilang hydrogel. Maaari itong makatulong sa pagdidisenyo ng mga actuator, ngunit kailangan pa ng pagbuo at pagsubok bago matukoy ang pakinabang nito sa aktuwal na robot.

Para sa iba pang proyekto sa robotics, basahin dito.