محققان ربات‌های قابل تغییر با ماژول‌های HEXEL الهام‌گرفته از عضلات ایجاد کردند
محققان ماژول‌های الهام‌گرفته از زیست‌شناسی با قابلیت اتصال مغناطیسی ساخته‌اند که می‌توانند به ربات‌های قابل تغییر و با سرعت بالا تبدیل شوند.
ماژول‌های HEXEL که توسط دپارتمان مواد رباتیک در مؤسسه مکس پلانک برای سیستم‌های هوشمند (MPI-IS) توسعه یافته‌اند، می‌توانند مانند عضلات پستانداران به‌طور خطی منقبض شوند.
آزمایش‌ها نشان داد که این ماژول‌ها می‌توانند ربات‌هایی ایجاد کنند که قابلیت‌های مختلفی مانند چرخیدن، پرش و خزیدن دارند.
محققان در بیانیه‌ای گفتند: “عضلات مصنوعی به اسکلت‌های شش ضلعی یکپارچه شده‌اند که با مگنت‌ها تعبیه شده‌اند و امکان اتصالات مکانیکی و الکتریکی سریع را فراهم می‌کنند.”
عملگرهای نرم چندمنظوره
ربات‌های مدرن در انجام وظایف خاص برتری دارند اما در محیط‌های پیش‌بینی نشده با چالش‌های هزینه و تطبیق‌پذیری دست و پنجه نرم می‌کنند. ربات‌های ماژولار یک راه‌حل ارائه می‌دهند که امکان تنظیم سریع و تطبیق‌پذیری را فراهم می‌کند و قابلیت استفاده مجدد از قطعات را بهبود می‌بخشد و پایداری و استحکام را تقویت می‌کند.
عملگرهای نرم الهام‌گرفته از عضلات طبیعی، راه‌حل‌های سبک و قابل تطبیقی را با ایمنی، بهره‌وری انرژی و دوام بالا فراهم می‌کنند. با این حال، آنها اغلب ترکیبی از سرعت بالا و کشش بالا که برای ربات‌های چندمنظوره و قابل تغییر مورد نیاز است، ندارند.
عملگرهای پنوماتیک، اگرچه کارآمد هستند، با چالش‌های تنظیم مجدد و بهره‌وری رو به رو هستند. آلیاژهای حافظه شکلی (SMAs) و عملگرهای الاستومر دی‌الکتریک (DEAs) از قابلیت عملیات بدون اتصال بهره‌مند هستند، اما با پاسخ کند و یا مشکلات تولید محدود می‌شوند.
عملگرهای الکترواستاتیک نرم با دی‌الکتریک‌های جامد-مایع عملگرهای سریع و قابل تنظیم ارائه می‌دهند و برای ربات‌های ماژولار و قابل تغییر بسیار امیدوار کننده هستند.
در این مطالعه، تیم MPI-IS یک ماژول رباتیک با اسکلت شش‌ضلعی جامد و پاکت‌های عملگر نرم پر شده با مواد دی‌الکتریک مایع در اتصالات ساخت که الهام گرفته از نحوه انتقال نیروهای عضلات توسط استخوان‌ها بود.
الکترودهای پاکت‌های عملگر در پاسخ به ولتاژ اعمال شده بین آنها به هم چسبیدند و دی‌الکتریک مایع بین آنها را به سمت رئوس خود فشار دادند. این ماژول به دلیل افزایش فشار هیدرولیکی به سرعت منقبض شد که عملگر را تحریک کرد.
روباتیک قابل تغییر
محققان ادعا می‌کنند که دستگاه‌های HEXEL فردی ممکن است ربات‌هایی را به حرکت درآورند که می‌توانند از لوله‌های کوچک بخزند و بیش از چهار برابر ارتفاع خود پرش کنند.
برای تسهیل اتصالات ساده و قابل برگشت بین ماژول‌های HEXEL، تیم علاوه بر این مگنت‌هایی به صفحات سخت و الکترودها اضافه کرد.
آنها نشان دادند که ماژول‌های HEXEL متصل مغناطیسی می‌توانند نیروی بیشتری تولید کنند و دامنه گسترده‌تری از حرکات را ایجاد کنند. یک حرکت قوی چرخشی ممکن است با فعال‌سازی متوالی ماژول‌های متصل دایره‌ای که به سرعت در همان جهت مایل می‌شوند، تولید شود و این امکان را به ربات بدهد تا از میان ماسه و سنگریزه‌ها حرکت کند.
به همین ترتیب، یک عضله مصنوعی با ظرفیت‌های انقباضی تقویت شده با ترتیب ماژول‌های HEXEL متصل عمودی تولید شد. برای به حرکت درآوردن ربات‌های بدون اتصال، پژوهشگران همچنین یک منبع تغذیه مغناطیسی طراحی کردند که می‌توانست به ماژول‌های HEXEL متصل شود.
"ترکیب قطعات نرم و سخت به این روش امکان حرکت‌های شدید و سریع را فراهم می‌کند. با اتصال چندین ماژول، می‌توانیم اشکال جدیدی از ربات‌ها ایجاد کنیم و آنها را برای نیازهای متغیر مجدداً مورد استفاده قرار دهیم،" گفت الن راملی، پژوهشگر بازدیدکننده از دانشگاه کلرادو بولدر، در بیانیه‌ای.
به گفته پژوهشگران، توسعه ربات‌هایی با قابلیت‌های تغییرپذیر، یک انتخاب طراحی پایدار است. به جای خرید چندین ربات برای وظایف مختلف، می‌توانیم از همین قطعات برای ساخت ربات‌های مختلف برای اهداف گوناگون استفاده کنیم.
"ربات‌های ساخته شده از ماژول‌های قابل تغییر ممکن است به تقاضا تنظیم شوند تا تطبیق‌پذیری بیشتری نسبت به سیستم‌های تخصصی فراهم کنند که در محیط‌های با منابع محدود مفید خواهد بود. "، گفت زک یو در، دانشجوی دکتری در دپارتمان مواد رباتیک و یکی از نویسندگان اصلی انتشار، در بیانیه‌ای.
مؤلفین پیش‌بینی می‌کنند که پیشرفت‌های در روش‌های اتصال می‌تواند منجر به تولید ربات‌های HEXEL قابل تغییر و خودمونتاژ شود.
جزئیات کار تیم در مجله Science Robotics منتشر شده است.
