Innowacyjny miękki robot posłuży do akcji ratowniczych, czy badań wymagających wkręcenia się w glebę i wykopów na innych planetach. Urządzenie jest inspirowane biologią dżdżownic.
Naukowcy z Włoskiego Instytutu Technologii w Genui opracowali miękkiego robota inspirowanego biologią dżdżownic, który jest w stanie pełzać. Jest to możliwe dzięki miękkim siłownikom, które wydłużają się lub ściskają, gdy zmienia się ciśnienie w ich wnętrzu. Prototyp posłuży do opracowania urządzeń przeznaczonych do eksploracji podziemnej, akcji poszukiwawczo-ratowniczych w przestrzeniach zamkniętych i eksploracji innych planet. Możliwe będzie zastosowanie tej technologii również w medycynie. Na przykład do przeprowadzania badań i zabiegów wykonywanych endoskopowo.
Inspiracja dżdżownicą
„Dżdżownica posiada hydroszkielet, w którym każdy segment ma stałą objętość płynu. Na zewnątrz znajdują się zaś dwa zestawy mięśni – podłużne i okrężne. Mięśnie te są względem siebie przeciwstawne i kurczą się naprzemiennie. Na skutek skurczu mięśni okrężnych następuje wydłużenie się segmentu. Na skutek skurczu mięśni podłużnych powiększa się jego promień. Dżdżownica wykonuje takie skurcze naprzemiennie. Kiedy ruch ten występuje w postaci fal przechodzących przez całe jej ciało, zwierzę porusza się do przodu. To tzw. ruchy perystaltyczne” – wyjaśnia w rozmowie z agencją Newseria dr Riddhi Das z Włoskiego Instytutu Technologii w Genui. Czerpiąc inspirację z tego mechanizmu, zespół naukowców opracował urządzenie, które może realizować właśnie taki rodzaj ruchu. Wewnątrz jest miękki siłownik, a na zewnątrz skóra. Przestrzeń pomiędzy skórą a siłownikiem wypełniona jest płynem o stałej objętości. Przy zastosowaniu nadciśnienia segment się rozciąga, a przy podciśnieniu – ściska się. W efekcie robot porusza się w sposób wiernie odwzorowujący ruch dżdżownicy.
Nie pierwszy robot-dżdżownica, ale pierwszy taki
Roboty inspirowane tymi zwierzętami powstawały już w przeszłości. Naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua zbudowali takie urządzenie z elastycznych modułów łączonych za pomocą magnesu. Jednak jego użytkowanie wymagało stosowania okablowania. Dużo mniejsza była też jego funkcjonalność. „Większość opracowanych do tej pory przemysłowych robotów bazujących na ruchu dżdżownic nie ma możliwości zakopywania się w ziemi. Zasadniczo też każdy moduł generuje siłę podłużną przy wzbudzaniu siłownika. Ale gdy wraca do swojego pierwotnego stanu, to jest na ogół pasywny i nie generuje innych rodzajów ruchu. W naszym module, który czerpie inspirację z procesów biologicznych, ze względu na stałą objętość płynu możemy generować siłę podłużną i promieniową. Posługując się nadciśnieniem i podciśnieniem. Jest to dość istotne, bo dokładnie tak dzieje się w ciele dżdżownicy. Jest to nowy aspekt technologiczny naszego robota. Wykorzystując ten mechanizm, możemy generować różne wzorce ruchu do przemieszczania się w różnych środowiskach – podkreśla dr Riddhi Das. Prototyp ma 45 cm długości i waży 605 g. Składa się z pięciu połączonych szeregowo modułów, a porusza się z prędkością 1,35 mm/s.
Wykorzystanie robota
Robot przeszedł testy. Pracował na powierzchni, w ośrodku ziarnistym oraz rurach. Następnym etapem było zginanie modułu, ocena siły w nim działającej. Sprawdzenie, jak dużemu ściśnięciu ulega robot, w różnych środowiskach, np. ziarnie, glebie. Te dane umożliwiły zmianę wzorca ruchu poprzez zginanie w przedniej części, które wywołuje ściskanie. W efekcie robot posuwa się do przodu. „Chcemy mieć możliwość pozyskiwania danych zwrotnych. Aby wypracować własny model ruchu robota, optymalny dla danego ośrodka. System będzie o wiele bardziej niezależny, zdolny do samodzielnej adaptacji. Pozwoli to robotowi poruszać się naprzód” – wskazuje naukowiec. „Takie roboty i wszelkiego rodzaju systemy perystaltyczne mogą posłużyć w endoskopii, prowadzeniu wykopów na innych planetach, monitoringu gleby. Będą szczególnie przydatne tam, gdzie konieczne jest poruszanie się w ciasnych przestrzeniach o zawiłej strukturze. Według Emergen Research światowy rynek technologii biomimetycznych był w 2019 roku wyceniany na 8,2 mld dol. Do 2027 roku jego wartość wzrośnie do ponad 17,7 mld dol.
(Newseria)