Elastyczne i rosnące niczym rośliny. Oto miękkie roboty
Roboty do zadań specjalnych to wbrew wyobrażeniom nie humanoidalne maszyny o wielu funkcjach i możliwościach, a tak zwane miękkie roboty, które mogą wejść tam, gdzie ludzkie oko ani ręka nie sięga. Inżynierom właśnie udało się stworzyć miękkie samorosnące roboty inspirowane roślinami, które tak jak one do rośnięcia wykorzystują ciecz i światło.
Roboty powszechnie kojarzą się z pokaźnych rozmiarów maszynami, które są ciężkie i mobilne jedynie w niewielkim zakresie, ograniczonym przez projekt. Istnieje jednak specjalna poddziedzina robotyki, zwana miękką robotyką, której głównym obszarem zainteresowań jest konstruowanie maszyn z elastycznych materiałów.
Miękka robotyka znajduje zastosowanie w misjach specjalnych, takich jak wchodzenie w zakamarki, do których ludzie nie są w stanie dotrzeć, takich jak rury wodociągowe, ale także przy budowie androidów na wzór człowieka.
Do problemu budowania miękkich robotów w niecodzienny sposób podeszli naukowcy z Uniwersytetu Minnesoty, którzy opracowali pierwszy w swoim rodzaju, inspirowany roślinami proces obróbki tworzyw sztucznych, który umożliwia wzrost syntetycznych materiałów.
Niecodzienne podejście do problemu elastyczności w przyszłości może pozwolić naukowcom na zbudowanie lepszych miękkich robotów, zdolnych poruszać się w trudno dostępnych miejscach, skomplikowanym terenie i potencjalnie w obszarach ludzkiego ciała. Swój projekt uczeni opisali na łamach czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences.
Miękkie roboty, które same rosną
Miękkie roboty skonstruowane przez amerykańskich badaczy mają unikalną funkcję, bowiem są w stanie samodzielnie tworzyć nowy materiał i "rosnąć" w miarę poruszania się.
Niewielkie urządzenia dokonują tego poprzez ciągnięcie za sobą paska materiału, który zależnie od potrzeb mogą przekształcić za pomocą ciepła i/lub ciśnienia w bardziej stałą strukturę. Metoda działania jest niezwykle podobna do sposobu, w jaki stale "karmiona" wkładem drukarka 3D drukuje kolejne elementy projektu.
Już na etapie projektowania samorosnących miękkich robotów, inżynierowie zorientowali się, że koncepcja ma zasadniczą wadę: ze względu na twardość materiałów, robot może utknąć w bardziej krętych trasach. Uczeni rozwiązali ten problem, opracowując nową metodę ekstruzji tworzyw sztucznych, która pozwala robotowi stworzyć niezbędne mu materiały z cieczy zamiast ciała stałego.
"Byliśmy naprawdę zainspirowani tym, jak rosną rośliny i grzyby. Wykorzystaliśmy ideę pochodzącą od roślin i grzybów, które dodają materiał na końcu swoich ciał, albo na końcówkach korzeni lub na nowych pędach, i przełożyliśmy to na system inżynieryjny."
Matthew Hausladen, główny autor pracy
Rośliny inspiracją dla robotów. Fotopolimeryzacja niczym fotosynteza
Rośliny wykorzystują wodę do transportu elementów budulcowych, które przekształcają się w trwałe korzenie, gdy roślina rośnie. Naukowcy byli w stanie naśladować ten proces z wykorzystaniem tworzyw sztucznych przy użyciu techniki zwanej fotopolimeryzacją, która wykorzystuje światło UV do przekształcenia płynnych monomerów w stały materiał. Dzięki tej technologii miękki robot może łatwiej poruszać się po przeszkodach i krętych ścieżkach bez konieczności ciągnięcia za sobą stałego materiału.
Proces ten, oprócz praktycznego zastosowania w akcji, potencjalnie znajdzie zastosowanie także na etapie produkcji. A to za sprawą fotopolimeryzacji, która wykorzystuje jedynie ciecz i światło. Proces produkcyjny może również ograniczyć się jedynie do tych dwóch czynników, redukując zapotrzebowanie na ciepło, ciśnienie i maszyny niezbędne do produkcji miękkich robotów.
