ساخت ربات نرم با هیدروژل جدید

به گزارش ایسنا، پژوهشگران موسسه فناوری ویرجینیا یک پدیده میکروسکوپی را کشف کرده‌اند که می‌تواند عملکرد دستگاه‌های نرم مانند ربات‌های انعطاف‌پذیر و چابک یا کپسول‌های کوچکی را که برای ارسال دارو استفاده می‌شوند، به‌طور قابل توجهی افزایش دهد.

به نقل از آی‌ای، این مکانیسم فیزیکی جدید که «ژل دیفیوزیوفورزیس»(gel diffusiophoresis) نام دارد، می‌تواند انبساط و انقباض هیدروژل‌ها را تسریع کند.

به گفته مهندسان ویرجینیا تک، این کشف امکان جایگزینی هیدروژل‌ها با مواد مبتنی بر لاستیک برای ایجاد ربات‌های انعطاف‌پذیر فراهم می‌کند. این کشف به این مواد مهندسی شده اجازه می‌دهد تا با سرعت و مهارتی قابل مقایسه با دست انسان حرکت کنند.

ربات‌های نرم در حال حاضر در محیط‌های تولیدی استفاده می‌شوند، جایی که دستگاه‌های دست‌مانند اقلام کوچک‌تری را از تسمه‌های نقاله می‌گیرند و در ظروف قرار می‌دهند.

در حال حاضر، این ربات‌ها برای تغییر شکل «دست» برای برداشتن اقلام به هیدرولیک یا پنوماتیک متکی هستند. این تیم هیدروژل‌ها را به عنوان یک جایگزین بالقوه کشف کردند. هیدروژل‌ها بیشتر از آب ساخته می‌شوند و در محصولاتی مانند ژله غذایی و ژل اصلاح یافت می‌شوند.

موجودات زنده از اُسمُز برای اهداف مختلفی مانند پراکندگی بذر در گیاهان یا جذب آب در روده استفاده می‌کنند. اسمز معمولا شامل جریان آب از طریق یک غشای نیمه تراوا است که مولکول‌های بزرگتر مانند پلیمرها از آن رد نمی‌شوند.

با این حال، آزمایش‌ها با لایه‌های هیدروژل ساخته شده از اسید پلی اکریلیک نشان داد که این لایه‌ها، می‌توانند به سرعت در اثر اُسمز متورم شوند و زمانی که یون‌ها در داخل آنها آزاد می‌شوند، منقبض شوند. مهندسان کشف کردند که برهمکنش‌های بین یون‌ها و اسید پلی اکریلیک باعث می‌شود که هیدروژل زمانی که یون‌ها به طور نابرابر در داخل توزیع می‌شوند، متورم شود. این مکانیسم هیدروژل‌ها را قادر می‌سازد بسیار سریع‌تر از آنچه قبلا ممکن بود متورم شوند.

محققان روشی را برای هیدروژل‌ها کشف کرده‌اند که بسیار سریع‌تر متورم و منقبض می‌شوند و انعطاف‌پذیری و توانایی آن‌ها را برای عملکرد در محیط‌های مختلف افزایش می‌دهند.

افزایش چابکی ربات‌های نرم

لاستیک برای ایجاد ربات‌های نرم و چابک استفاده می‌شود. با این حال، در حالی که لاستیک کار خود را انجام می‌دهد، شکل آن را می‌توان به صورت پنوماتیک یا هیدرولیکی تغییر داد. این امر به دلیل پیچیدگی تعبیه شبکه‌ای از لوله‌ها برای رساندن مایعات یا هوا به این ربات‌ها، چالش‌هایی را ایجاد می‌کند.

ربات‌های نرم کنونی که به لاستیک و هیدرولیک متکی هستند، فاقد تطبیق پذیری بافت‌های بیولوژیکی مانند هیدروژل هستند و فقط می‌توانند محدوده کمی از حرکات را انجام دهند. این روش نوآورانه به هیدروژل‌های موجود در ربات‌های نرم بزرگ‌تر اجازه می‌دهد تا شکل خود را تغییر دهند و به طور قابل توجهی سریع‌تر به شکل اولیه خود بازگردند.

به گفته محققان، تنها ربات‌های هیدروژل میکروسکوپی می‌توانند به اندازه کافی سریع به سیگنال‌های شیمیایی واکنش نشان دهند تا عملی شوند در حالی که ربات‌های بزرگ‌تر ساعت‌ها طول می‌کشد تا شکل خود را تغییر دهند. با این حال، با مطالعات بیشتر، استفاده از روش جدید انتشار ژل به طور بالقوه می‌تواند ربات‌های نرم تا اندازه یک سانتی‌متر را قادر سازد تا در عرض چند ثانیه تغییر شکل دهند.