مهندسان ربات‌های نرمی ساخته‌اند که می‌توانند روی آب راه بروند!

دانشمندان به‌تازگی HydroSpread را توسعه داده‌اند، یک روش نوآورانه برای ساخت ربات‌های نرم روی آب، با پتانسیل‌های گسترده در زمینه‌های رباتیک، مراقبت‌های بهداشتی، و نظارت بر محیط زیست.

یک ربات مینیاتوری را تصور کنید که بزرگتر از یک برگ نیست و به‌آسانی روی سطح یک برکه می‌لغزد، درست شبیه یک حشره‌ی آب‌پیما. در آینده، ماشین‌هایی با این مقیاس می‌توانند برای نظارت بر آلودگی، جمع‌آوری نمونه‌های آب، یا کاوش در مناطق سیل‌زده‌ای که برای انسان‌ها بسیار خطرناک هستند، مستقر شوند.

در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا، پروفسور بائوکسینگ خو (Baoxing Xu)، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا، در حال کار بر روی روشی است تا چنین دستگاه‌هایی را به واقعیت تبدیل کند. جدیدترین مطالعه تیم او، که در Science Advances منتشر شده است، از HydroSpread رونمایی می‌کند؛ یک روش ساخت که شبیه هیچ‌یک از روش‌های قبلی نیست!این رویکرد محققان را قادر می‌سازد تا ماشین‌های نرم و شناور را مستقیماً روی آب بسازند، یک دستاورد بزرگ با کاربردهایی که می‌تواند از مراقبت‌های پزشکی گرفته تا لوازم الکترونیکی مصرفی و نظارت بر محیط زیست را در بر بگیرد.

پیش از این تولید ورقه‌های نازک و انعطاف‌پذیر که برای رباتیک نرم ضروری هستند، نیازمند ساخت آن‌ها روی سطوح جامد مانند شیشه بود. سپس این لایه‌های شکننده باید برداشته شده و روی آب قرار می‌گرفتند، یک فرآیند دشوار که اغلب منجر به پارگی و از بین رفتن مواد می‌شد.

HydroSpread این مشکل را با اجازه دادن به خودِ مایع برای ایفای نقش «میز کار» از بین می‌برد. قطرات پلیمر مایع می‌توانند به‌طور طبیعی بر روی سطح آب پخش شده و به ورقه‌های فوق‌نازک و یکنواخت تبدیل شوند. سپس تیم خو می‌تواند با یک لیزر دقیق تنظیم‌شده، این ورقه‌ها را با دقت قابل‌توجهی به الگوهای پیچیده مانند دایره‌ها، نوارها، حتی لوگوی UVA حکاکی کند.

از ورقه‌ها تا ماشین‌های متحرک

با استفاده از این رویکرد، محققان دو نمونه اولیه شبیه به حشرات ساختند:

• HydroFlexor، که با استفاده از حرکاتی شبیه به باله، روی سطح پارو می‌زند.
• HydroBuckler، که با پاهایی که به حالت کمانش (خم شدن) در می‌آیند، به جلو «راه می‌رود»، که از حشرات آب‌پیما الهام گرفته شده است.

در آزمایشگاه، این تیم با استفاده از یک بخاری مادون قرمز بالاسری به این دستگاه‌ها نیرو داد. با گرم شدن ورقه‌ها، ساختار لایه‌ای آن‌ها خم یا کمانش (Buckle) می‌کرد و حرکات پارو زدن یا راه رفتن را ایجاد می‌نمود. با روشن و خاموش کردن متناوب گرما، دستگاه‌ها می‌توانستند سرعت خود را تنظیم کرده و حتی بچرخند – این دلیلی بر این است که حرکت کنترل‌شده و قابل تکرار امکان‌پذیر است. نسخه‌های آتی می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که به نور خورشید، میدان‌های مغناطیسی، یا گرم‌کننده‌های کوچک تعبیه‌شده پاسخ دهند و دریچه‌ای را به روی ربات‌های نرم خودکار باز کنند که می‌توانند به تنهایی حرکت کرده و سازگار شوند.

خو می‌گوید:

ساخت مستقیم ورقه روی مایع، سطح بی‌سابقه‌ای از یکپارچگی و دقت را به ما می‌دهد. به جای ساخت روی یک سطح سخت و سپس انتقال دستگاه، ما به مایع اجازه می‌دهیم کار را انجام دهد تا یک بستر کاملاً صاف را فراهم کند و شکست در هر مرحله را کاهش دهد.

پتانسیل‌های گسترده‌تر

این پتانسیل فراتر از ربات‌های نرم است. با آسان‌تر کردن تشکیل ورقه‌های ظریف بدون آسیب رساندن به آن‌ها، HydroSpread می‌تواند افق‌های جدیدی را برای ساخت حسگرهای پزشکی پوشیدنی، لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر، و نظارت‌کننده‌های محیطی باز کند – ابزارهایی که باید نازک، نرم، و بادوام باشند در محیط‌هایی که مواد سخت سنتی در آن‌ها کارایی ندارند.

منبع: Scitechdaily