انقلاب رباتیک با الهام از طبیعت | ربات شبیه به قیل، آینده ساختارهای هوشمند را به نمایش می‌گذارد
- مجموعه: اختراعات جدید
به گزارش شفقنا، سرعت قدرتمند یوزپلنگ، سر خوردن چابک یک مار، یا گرفتن ماهرانه یک انسان: هر یک از این حرکات پیچیده، حاصل تعامل بی‌درنگ بین بافت‌های نرم و سفت است. ماهیچه‌ها، تاندون‌ها، رباط‌ها و استخوان‌ها با هم کار می‌کنند تا انرژی، دقت و دامنه حرکتی مورد نیاز برای انجام حرکات پیچیده‌ای که در سراسر قلمرو حیوانات مشاهده می‌شود، فراهم کنند. بازتولید این تنوع اسکلتی-عضلانی در رباتیک همواره یک چالش بزرگ بوده است. تا به امروز، چاپ سه‌بعدی با استفاده از چندین ماده یکی از راه‌های ایجاد ربات‌های نرم-سخت بوده است، اما در حالی که این رویکرد ممکن است تنوع بافت‌های بیولوژیکی را تقلید کند، به این معنی است که ویژگی‌های کلیدی مانند سفتی یا مقاومت در برابر بار نمی‌توانند به طور پیوسته در سراسر یک ساختار رباتیک کنترل شوند.
اما اکنون، تیمی به رهبری جوزی هیوز در آزمایشگاه طراحی و ساخت ربات‌های محاسباتی (CREATE) در دانشکده مهندسی EPFL، راه حلی انقلابی یافته‌اند. آن‌ها یک ساختار شبکه‌ای نوآورانه توسعه داده‌اند که نه تنها تنوع بافت‌های بیولوژیکی را تقلید می‌کند، بلکه کنترل و دقت رباتیک بی‌سابقه‌ای را نیز فراهم می‌آورد. این شبکه، ساخته شده از یک ماده فومی ساده، از واحدهای مجزا (سلول‌ها) تشکیل شده که می‌توانند برای داشتن اشکال و موقعیت‌های مختلف برنامه‌ریزی شوند. این سلول‌ها می‌توانند بیش از یک میلیون پیکربندی متفاوت را به خود بگیرند و حتی برای ایجاد تغییرات هندسی بی‌نهایت با هم ترکیب شوند.
دو بعد برنامه‌ریزی، تنوع هندسی بی‌نهایت
کینگ‌هوآ گوان، پژوهشگر فوق دکترا، می‌گوید: ما از تکنیک شبکه برنامه‌پذیر خود برای ساخت یک ربات فیل‌شکل با الهام از سیستم اسکلتی-عضلانی استفاده کردیم، که دارای یک خرطوم نرم است که می‌تواند بچرخد، خم شود و همچنین مفاصل سفت‌تر لگن، زانو و پا دارد.
او افزود: این نشان می‌دهد که روش ما راه‌حلی مقیاس‌پذیر برای طراحی ربات‌های فوق‌العاده سبک و سازگار ارائه می‌دهد که تاکنون بی‌سابقه بوده‌اند.
شبکه برنامه‌پذیر تیم می‌تواند با استفاده از دو نوع سلول اصلی با هندسه‌های متفاوت چاپ شود. هنگامی که هر نوع سلول برای چاپ سه‌بعدی یک بافت رباتیک استفاده می‌شود، شبکه حاصل دارای خواص سفتی، تغییر شکل و تحمل بار متفاوتی خواهد بود. اما روش آزمایشگاه همچنین به آن‌ها اجازه می‌دهد تا شبکه‌هایی از سلول‌های هیبریدی (چاپ کنند که شکل آن‌ها انعطاف دارد.
علاوه بر تعدیل شکل هر سلول، دانشمندان می‌توانند موقعیت آن‌ها را در داخل شبکه نیز برنامه‌ریزی کنند. این بعد برنامه‌ریزی دوم به آن‌ها اجازه می‌دهد تا هر سلول را در امتداد محور خود بچرخانند و جابجا کنند. سلول‌ها حتی می‌توانند روی یکدیگر قرار گیرند تا ترکیبات سلولی کاملاً جدیدی ایجاد کنند و به شبکه حاصل، طیف وسیع‌تری از خواص مکانیکی بدهند
ضد آب و آماده برای حسگرها
برای مدل ربات فیل‌شکل، این قابلیت جدید، امکان ساخت چندین نوع بافت مختلف با دامنه‌های حرکتی منحصر به فرد را فراهم کرد که در موجودات زنده وجود دارد.
تیم حتی توانست حرکت پیچیده خرطوم عضلانی یک فیل را با مهندسی بخش‌های شبکه‌ای جداگانه اختصاص داده شده به حرکات چرخشی، خمشی و دورانی، در حالی که انتقال‌های نرم و پیوسته بین آن‌ها را حفظ می‌کرد، بازتولید کند.
هیوز می‌گوید که علاوه بر اصلاح ماده فوم یا ترکیب اشکال جدید سلولی، ساختار فناوری شبکه فومی منحصربه‌فرد آن‌ها، امکانات هیجان‌انگیز بسیاری را برای تحقیقات آینده رباتیک ارائه می‌دهد. او می‌افزاید: مانند کندوی عسل، نسبت استحکام به وزن این شبکه می‌تواند بسیار بالا باشد که ربات‌های بسیار سبک و کارآمد را ممکن می‌سازد و حتی پتانسیل گنجاندن مواد دیگر، مانند حسگرها، را در داخل ساختار فراهم می‌کند. این پیشرفت، مسیر را برای طراحی و ساخت ربات‌هایی باز می‌کند که با تقلید از پیچیدگی‌های بیولوژیکی طبیعت، می‌توانند در محیط‌های متنوع‌تر و با کارایی بیشتری عمل کنند.
