Robotics

Maaaring Magkaroon ng Malawak na Mga Aplikasyon ang “Sticky Metal” sa Robotics, Imbakan ng Enerhiya, at Pati na rin sa mga Solusyon sa BioTech

mm
Na-publish
Na-update
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Pagsisiwalat: Maaaring tumanggap ang Securities.io ng kabayaran kapag gumamit ka ng mga link sa produktong sinuri namin. Hindi nito naaapektuhan ang aming editoryal na pagsusuri. Hindi kami rehistradong tagapayo sa pamumuhunan; hindi ito payo sa pamumuhunan. Basahin ang aming pagsisiwalat sa affiliate.

Sticky Metal For Soft Robotic

Isang suliranin na patuloy na kinahaharap ng pag-unlad sa robotics ay ang paglikha ng mga robot at sistema na kayang humarap sa totoong mundo. Kadalasang nangangailangan ito ng kakayahang yumuko at mga “malambot” na bahagi, sa halip na purong mekanikal na estruktura.

Iba’t ibang pamamaraan ang sinusubukan. Kapansin-pansin, dati naming iniulat ang isa: ang paglikha ng bagong magnetic material upang makabuo ng tinatawag na “soft robotics,” na tinalakay naming nang detalyado sa aming artikulo “Magnetic Gel Capsules Could Advance Both Robotics and Medicine.”

Gayunpaman, isa pang paraan ay ang pagsanib ng metal at malambot na bahagi. Historically, ito ay mahirap dahil ang mga metal-organic na junction ang pangunahing suliranin.

Maaaring nasolusyunan na ang problemang ito ng mga mananaliksik na sina Wenhao Xu, Faraz A. Burni, at Srinivasa R. Raghavan, na nagtatrabaho sa University of Maryland, USA. Nakabuo sila ng isang uri ng “sticky metal” na kayang lumikha ng matibay at matatag na junction sa karamihan ng malambot na materyales tulad ng hydrogel, kalamnan, at mga halaman.

How Sticky Metal Works

Ang pagtuklas ay nakabatay sa isang bagong prinsipyo na tinawag ng mga mananaliksik na hard–soft electroadhesion (EA).

Patuloy pa rin nilang sinusubukang ganap na ipaliwanag kung paano ito gumagana, ngunit ito na ang kanilang nalalaman.

Only Some Metals Display EA Properties

Hindi lahat ng metal ay maaaring magamit para sa EA. Ang mga metal na may positibong reduction potential ay maaaring magamit, samantalang ang mga wala nito ay may negatibong reduction potential.

Ang mga metal na hindi dumikit ay yaong unang nasosoxidize sa anode. Ang oksidasyong ito (electrolysis) ng metal ay nangingibabaw sa anumang kompetisyon, kaya walang pagdidikit.

Sa kabilang banda, ang mga metal na dumikit ay medyo inert, na nagpapahintulot sa mga polymer chain ng gel network na ma-oxidize muna sa anode.

Hindi kasama dito ang mga karaniwang metal tulad ng titanium, zinc, bakal, at nickel, at maaaring ito ang dahilan kung bakit hindi natuklasan ang EA hanggang ngayon. Gayunpaman, kasama pa rin dito ang mga karaniwan at murang metal tulad ng lata, tingga, tanso, pati na rin ang graphite (na hindi metal kundi purong carbon). Kaya, bagaman maaaring ito ay limitasyon, hindi ito dapat maging hadlang sa anumang paggamit sa mga aplikasyon ng robotika.

How Does It Work?

Ang EA ay nabubuo kapag naglagay ng kuryente sa metal.

Ang teorya ay ang oksidasyon ng malambot na materyal (gel o iba pa) ay lumilikha ng mga kemikal na bond sa pagitan ng metal at ng mga polymer chain. Ang mga kemikal na bond na ito ay bumubuo ng matibay na junction sa pagitan ng metal at ng malambot na materyal, na nagreresulta sa matibay na pagdidikit.

Ang proseso ay maaaring baligtarin nang madali sa pamamagitan ng paglalapat ng kabaligtarang kuryente. Ito ay lumilikha ng reductive na kemikal na kondisyon, na “nagpapalabo” sa kemikal na bond at nag-aalis ng pagdidikit.

Pinagtitibay ng mga eksperimento ang teoryang ito na ipinapakita na anumang pagbabago sa hydrogel ay nangyayari lamang sa ibabaw ng kontak sa metal.

Mukhang ang tiyak na kalikasan at katangian ng kemikal na bond ay mag-iiba depende sa kimika ng metal at ng malambot na materyal.

What Can Sticky Metal Glue to?

Ang nailathalang siyentipikong papel ay pangunahing tumutok sa pagdidikit sa iba’t ibang uri ng hydrogel, dahil ito ay magandang materyal para baguhin at subukan.

Gayunpaman, maaaring ilapat ang mga prinsipyo sa maraming ibang materyales, kabilang ang kalamnan ng hayop o kahit kamatis. Sa pangkalahatan, ang tanging kinakailangan para sa malambot na materyal ay ito ay isang ionic conductor, na totoo para halos lahat ng tisyu ng buhay.

Kahanga-hanga rin, ang EA ay maaaring maganap sa ilalim ng tubig, kung saan napakahirap makamit ang pagdidikit.

Possible Applications Of Sticky Metals

Robotics Gripping

Ang unang at marahil pinaka-agad na aplikasyon ng EA ay ang pagbuo ng mas mahusay na gripper para sa mga robot. Ang maayos na paghawak ng mga bagay nang hindi ito nahuhulog o nadudurog ay matagal nang suliranin para sa mga robot.

Hindi kailangan ng EA na ang robot finger ay magkaroon ng mga daliri, kamay, kasukasuan, o iba pang kumplikado at tiyak na hugis. Kaya maaaring magbukas ito ng daan para sa mas mura, mas epektibo, at mas ligtas na alternatibo sa kasalukuyang ginagamit na mga pamamaraan.

Pinagmulan: Corteva

Batteries

Ang mga epektibo at madaling gawin na baterya ay mataas ang demand mula sa mga EV at pag-usbong ng renewable sa pinaghalong enerhiya. Karamihan ng baterya ay umaasa sa pagkakabit ng dalawang matigas na metalik (o graphite) na solidong anode at cathode na may electrolyte sa pagitan.

Madalas, ang electrolyte ay isang gel na nasa ion-conductive na solvent.

Kaya, sinubukan ng mga mananaliksik ng University of Maryland kung maaari nilang gamitin ang EA upang lumikha ng bagong uri ng baterya.

Gumamit sila ng tanso at zinc para sa mga electrode at nakalikha ng 0.9V na baterya.

Ito ay isang proof-of-concept lamang na ginawa ng mga hindi espesyalista sa baterya. Gayunpaman, naniniwala sila na maaaring lumikha ng flexible at rechargeable na baterya gamit ang parehong mga prinsipyo. At maaari nitong buksan ang daan para sa bagong paraan ng paggawa ng baterya.

Soft Robotics

Tulad ng nabanggit kanina, matagal nang pinapangarap ng mga inhinyero ng robotika ang mga robot na pinaghalo ang matigas at malambot na bahagi, na ginagaya kung paano ang mga hayop ay may parehong matigas na buto at malambot na kalamnan at tisyu.

Isang paunang pagsubok ang ginawa upang ipakita kung paano magagamit ang EA para sa layuning ito. Para dito, pinaghalo ang matitigas na bahagi (graphite plates) at malambot na bahagi (hydrogel) upang lumikha ng isang “load-bearing hard–soft structure”.

Sa pagtaas ng mga load, unang sinusuportahan ng estruktura ito at pagkatapos ay nagsimulang yumuko. Nang alisin ang bigat, ang mga gel pillar ay bumalik sa orihinal na kalagayan, kaya ang itaas na slab ay umangat.

Ang mga matitigas na elemento lamang ay hindi maikokompres o maideform, samantalang ang mga malambot na elemento lamang ay maaaring mabuwal ng isang load. Ang kombinasyon, gayunpaman, ay maaaring magdala ng load nang flexible nang walang pinsala.

Sa kakayahang magkompres at “mag‑push back”, ang sistemang ito ay maaaring magamit sa paggawa ng mga actuator at robot na kayang makipag‑ugnayan sa kanilang kapaligiran nang maingat.

Underwater Adhesive

Ang pagdidikit ng anumang bagay sa isang kapaligirang may maraming tubig o sa ilalim ng tubig ay maaaring maging teknikal na hamon. Madalas na naaapektuhan ng mga molekula ng tubig ang mga adhesive bond at mas mahina kaysa sa kinakailangan sa karamihan ng mga kaso.

Dito, ang pagdidikit ay isang electrochemical na phenomenon na nag-i‑activate lamang kapag ang gel at metal ay nagkakontak sa ilalim ng kuryente. Dahil ang EA ay nakasalalay sa aktwal na kemikal na ugnayan, hindi ito naaapektuhan ng nakapaligid na tubig.

Prosthetics And Implants

Isa pang potensyal na paggamit ng sticky metal ay sa biomedical na aplikasyon. Ang pagkakatugma ng metal sa katawan ng tao ay palaging isyu sa paggamit ng metallic implants. Ang pagkonekta ng metal sa malambot na tisyu nang hindi nasisira ay isang mahirap na proseso.

Kung ang mga implant o prosthetic tulad ng pagpapalit ng mga paa ay maaaring dumikit sa malambot na tisyu, magiging mas functional at praktikal ang mga ito. Maaari rin nitong malaki ang mapabuti sa kalidad ng buhay ng mga pasyente.

Larawan ni RAEng_Publications mula sa Pixabay

At dahil ang proseso ay madaling baligtarin sa pamamagitan ng pag‑induce ng kuryente, ang sticky implants ay malamang na mas madaling palitan o alisin.

Advanced Application with Sticky Metal

Ang Hard–soft ElectroAdhesion o EA ay isang kahanga-hangang pagtuklas na may maraming posibleng aplikasyon.

Hindi lamang ito gumagana sa halos lahat ng ionic gel at organikong tisyu (halos anumang naglalaman ng tubig at asin), kundi maaari rin itong magamit sa murang base metals tulad ng lata, tanso, at kahit graphite. Dahil sa mga murang materyales na ito, anumang industriyal na aplikasyon ay may pagkakataong maging kompetitibo sa gastos.

Maaaring ganap na baguhin nito ang larangan ng robotics, simula sa mas mahusay na mga gripper, lalo na para sa mga produktong pagkain tulad ng karne, prutas, at gulay. Pagkatapos, magbibigay ito ng kakayahang lumikha ng tunay na soft robot na pinaghalo ang matigas at malambot/elastic na bahagi.

Maaari rin nitong gawing mas madali ang pagkakabit sa mga prosthetic at implant ng katawan, na nagdadala sa atin ng isang hakbang papalapit sa tunay na teknolohiyang cybernetic.

Sa huli, maaari itong magkaroon ng mga aplikasyon lampas sa robotics at prosthetic, na posibleng lumikha ng mga bagong uri ng baterya pati na rin ng mga underwater at reversible na adhesive.

mm

Si Jonathan ay dating mananaliksik na biochemist na nagtrabaho sa pagsusuri ng henetika at mga klinikal na pagsubok. Siya ngayon ay isang stock analyst at manunulat sa pananalapi na nakatuon sa inobasyon, mga siklo ng merkado, at heopolitika sa kanyang publikasyon 'The Eurasian Century'.