Robotët e butë në formë pilivese sinjalizojnë fenomenet natyrore

Inxhinierët në Universitetin Duke kanë zhvilluar një robot elektronik, krejtësisht të butë, në formë pilivese që mund të kalojë nëpër ujë dhe të reagojë ndaj kushteve mjedisore të tilla si pH, temperatura ose prania e vajit. Demonstrimi i vënies në provë të parimit mund të jetë pararendës i “rojtarëve” mjedisorë më të përparuar, autonomy për monitorimin e një game të gjerë të shenjave potenciale treguese të problemeve mjedisore.

Roboti i butë është përshkruar në internet më 25 Mars në revistën Advanced Intelligent Systems.

Robotët e butë janë një trend në rritje në industri për shkak të shkathtësisë së tyre. Pjesët e buta mund të trajtojnë objekte delikate të tilla si indet biologjike që mund të dëmtojnë përbërësit metalikë ose qeramikë. Trupat e butë mund të ndihmojnë robotët të notojnë ose të depërtojnë në hapësira të ngushta ku robotët e tjerë do e kishin të pamundur.

Fusha e zgjerimit ishte në mendjen e Shyni Varghese, profesorit të Inxhinierisë Biomjekësore, Inxhinierisë mekanike dhe shkencës së materialeve dhe Kirurgjisë ortopedike në Dukë, kur frymëzimi goditi.

“Kam marrë një email nga Shyni nga aeroporti duke thënë se ajo kishte një ide për një robot të butë që përdor një hidroxhel të vetë-shërimit që grupi i saj ka shpikur në të kaluarën për të reaguar dhe lëvizur në mënyrë autonome,”- tha Vardhman Kumar, një student PhD në Varghese laboratori dhe autori i parë i punimit. “Por unë nuk dëgjova më prej saj për ditë me radhë. Kështu që ideja u la në harresë për pak kohë derisa kisha kohë të lirë të mjaftueshme për ta vazhduar punën.”

Në vitin 2012, Varghese dhe laboratori i saj krijuan një hidroxhel të vetë-shërimit që reagon ndaj ndryshimeve të pH për disa sekonda. Pavarësisht nëse është një çarje në hidroxhel ose dy pjesë të bashkuara të “pikturuara” me të, një ndryshim i aciditetit bën që hidroxheli të formojë lidhje të reja, të cilat janë plotësisht të kthyeshme kur pH kthehet në nivelet e tij origjinale.

Ideja e shkruar me ngut e Varghese ishte të gjente një mënyrë për të përdorur këtë hidroxhel në një robot të butë që mund të kalonte nëpër ujë dhe të tregonte zonat ku ndryshon pH. Së bashku me disa risi të tjera për të sinjalizuar ndryshimet në rrethinat e saj, ajo zbuloi që laboratori i saj mund të projektojë një robot të tillë si një lloj sensori autonom mjedisor.

Me ndihmën e Ung Hyun Ko, një bashkëpunëtor post-doktoral gjithashtu në laboratorin e Varghese, Kumar filloi të projektojë një robot të butë bazuar në formën e një mize. Pas disa përsëritjesh, u vendos si formë përfundimtare ajo e një pilivese të inxhinieruar me një rrjet mikro kanalesh të brendshëm që lejojnë kontrollin e robotit me anë të presionit të ajrit.

Ata krijuan trupin; rreth 2.25 inç i gjatë me një hapje krahësh 1.4 inç; duke derdhur silic në një kupë alumini dhe duke e pjekur atë. Ekipi përdori litografi të butë për të krijuar kanale të brendshme dhe të lidhura me tuba silikoni fleksibël.

DraBot lindi.

“Përdorimi i DraBot për t’iu përgjigjur kontrolleve të presionit të ajrit në distanca të gjata duke përdorur vetëm vetë-aktivizues pa ndonjë elektronikë ishte e vështirë,”- tha Ko. “Kjo ishte padyshim pjesa më sfiduese.”

DraBot punon duke kontrolluar presionin e ajrit që vjen në krahët e tij. Mikrokranalet transportojnë ajrin në krahët e përparmë, ku ai shpëton përmes një serie vrimash të drejtuara drejtpërdrejt në krahët e pasmë. Nëse të dy krahët e pasmë janë ulur, rrjedha e ajrit bllokohet dhe DraBot nuk shkon askund. Por nëse të dy krahët janë lart, DraBot shkon përpara.

Për të shtuar një element kontrolli, ekipi gjithashtu dizenjoi aktuatorët e tullumbaceve nën secilën nga krahët e pasmë afër trupit të DraBot. Kur fryhen, balonat bëjnë që krahët të ngrihen lart. Duke ndryshuar se cilat krahë janë lart ose poshtë, studiuesit i thonë DraBot se ku të shkojë.

“Ne ishim të lumtur kur ishim në gjendje të kontrollonim DraBot, por bazohet në organizma të gjalla,”- tha Kumar. “Dhe gjallesat nuk lëvizin vetëm vetë, ato reagojnë ndaj mjedisit të tyre.”

Këtu hyn hidroxheli vetë-shërues. Duke lyer një grup krahësh me hidroxhel, studiuesit ishin në gjendje ta bënin DraBot të përgjegjshëm ndaj ndryshimeve në pH e ujit përreth. Nëse uji bëhet acid, krahu i përparmë i njërës palë bashkohet me krahun e pasmë të pales tjetër. Në vend që të udhëtojë në një vijë të drejtë siç udhëzohet, çekuilibrimi bën që roboti të rrotullohet në një rreth. Sapo pH të kthehet në një nivel normal, hidroxheli kthehet në gjendjen e mëparshme, krahët e shkrirë ndahen dhe DraBot përsëri bëhet i përgjegjshëm ndaj komandave.

Për të forcuar ndërgjegjësimin e tij mjedisor, studiuesit gjithashtu përdorën sfungjerët nën krahë dhe shtuan materiale të ndjeshme ndaj temperaturës. Kur DraBot kalon mbi ujë me vaj që noton në sipërfaqe, sfungjerët do ta thithin atë dhe do të ndryshojnë ngjyrën në atë përkatëse të vajit. Dhe kur uji bëhet tepër i ngrohtë, krahët e DraBot ndryshojnë nga e kuqe në të verdhë.

Studiuesit besojnë se këto lloje të matjeve mund të luajnë një rol të rëndësishëm në një sensor robotik mjedisor në të ardhmen. Përgjigjja ndaj pH mund të zbulojë acidifikimin e ujit të ëmbël, i cili është një problem serioz mjedisor që prek disa rajone të ndjeshme gjeologjikisht. Aftësia për të thithur vajra i bën robotët e tillë që në distanca të gjata të jenë një kandidat ideal për zbulimin e hershëm të derdhjeve të vajit. Ndryshimi i ngjyrave për shkak të temperaturave mund të ndihmojë në zbulimin e shenjave të baticës së kuqe dhe zbardhjen e shkëmbinjve koralorë nënujorë, gjë që çon në rënie të popullsisë së jetës ujore.

Ekipi gjithashtu sheh shumë mënyra se si ata mund të përmirësojnë provën e tyre të konceptit. Kamerat pa tela ose sensorët e gjendjes së ngurtë mund të rrisin aftësitë e DraBot.

“Në vend që të përdor presionin e ajrit për të kontrolluar krahët, unë mund të parashikoj duke përdorur një lloj biologjie sintetike që gjeneron energji,”- tha Varghese. “Kjo është një fushë krejtësisht e ndryshme nga ajo që unë punoj, kështu që do të duhet të bëjmë një bisedë me disa bashkëpunëtorë të mundshëm për të parë se çfarë është e mundur. Por kjo është pjesë e argëtimit për të punuar në një projekt ndërdisiplinor si ky.”