Wenn jemand Robotik sagt, zaubert Ihr Verstand wahrscheinlich entweder ein Bild von Arnold Schwarzenegger in Der Terminator oder ein scharf aussehendes Stück Metall und Kunststoff, das über den Boden huscht. Es ist jedoch nicht die Angst vor Skynet, die uns davon abhält, voranzukommen. Es sind die Materialien, die derzeit für die Entwicklung der Robotik verfügbar sind. Jüngste Innovationen im Materialbau, könnte die Art und Weise, wie wir Robotik betrachten, für immer verändern. Werfen wir einen Blick auf die Unterfeld-Soft-Robotik.
Was ist "Soft Robotics"?
Fischartiger Roboter mit weichem Körper [Bildquelle : Wikimedia Commons ]
Soft Robotics ist ein Begriff, der immer beliebter wird. Er bezieht sich darauf, dass diese Roboter keine scharfen Kanten und harten Griffe haben, die mit traditioneller Robotik einhergehen. Weiche Robotik hat weichere Kanten und eine feinere Berührung. Dies ermöglicht es ihnen, Arbeiten zu erledigen, die klassische Roboter nicht ausführen können.
Um etwas mit einem Roboterarm aufzunehmen, mussten Sie traditionell die Größenangaben des Artikels kennen und in den Computer programmieren. Der Versuch, etwas Zerbrechliches wie ein Ei aufzunehmen, führt normalerweise zu einem Omelett.
Die weiche Robotik verwendet bei ihrer Konstruktion weichere, flexiblere Materialien. In den meisten Fällen können sie Objekte unterschiedlicher Größe und Form aufnehmen, ohne die einzelnen Elemente zu programmieren.
Welche Materialien gelten für die weiche Robotik?
Bedrucktes Flüssigmetall für Flexibilität
Wenn Sie an einen Tintenstrahldrucker denken, denken Sie wahrscheinlich an den Bürodrucker auf Ihrem Schreibtisch. Haben Sie sich jemals einen Tintenstrahldrucker vorgestellt, der Metall druckt? Bedrucktes Flüssigmetall verwendet die Tintenstrahltechnologie, um die flexible Elektronik zu drucken, die in weichen Robotern verwendet wird.
Normales flüssiges Metall wäre zu dick, um durch einen Tintenstrahlkopf zu gelangen. Um es bedruckbar zu machen, werden die Metallnanopartikel mit einem Lösungsmittel wie Ethanol gemischt. Dies ermöglicht das Metall, das durch den Druckkopf in das gewünschte Muster gelangt. Nach dem Drucken verdampft das Ethanol und hinterlässt das flüssige Metall.
Sobald das bedruckte Metall gedrückt wird, um die Partikel zu verbinden, kann das Metall wieder Daten oder Elektrizität leiten. Die möglichen Anwendungen des Materials werden derzeit untersucht und wie das flüssige Metall auf verschiedene Oberflächen reagiertDas Gebiet der Elektronik umfasst Elektroden, Verbindungen und Antennen. Die Flexibilität von Flüssigmetall eignet sich gut für weiche Robotik.
Flüssigsilikonkautschuk für weiche Körper
Flüssiger Silikongummi ist wohl eines der vielseitigsten Werkzeuge für die weiche Robotik. Er kann in nahezu jede Form gebracht werden. LSR ist ein haltbares und flexibles Material resistent gegen Schimmel und Bakterien. Es können auch Hardware und Schaltkreise direkt darin eingebettet sein.
Eine REM-Aufnahme der Seitenansicht einer Silikonkautschukoberfläche [Bildquelle : Wikimedia Commons ]
Eine Vielzahl von Anwendungen verwendet üblicherweise drei verschiedene Arten von LSR :
- LSR in Lebensmittelqualität - Sicher für die Verwendung mit Lebensmitteln, häufig zum Formen von Kuchen bis hin zu Gelatine-Leckereien.
- LSR in medizinischer Qualität - Nützlich für Gummiwerkzeuge und Implantate. LSR in medizinischer Qualität kann zur Sterilisation autoklaviert werden und bietet eine erstaunliche Vielseitigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen bei einer erstaunlichen Vielfalt von Temperaturen. Es ist auch chemisch stabil. Chemikalien oder Reinigungsmitteldass es in Kontakt kommen könnte, hat keinen Einfluss darauf.
- Leitfähiges LSR - Entwickelt, um elektrische Signale direkt durch das Material zu leiten. Ideal für den Einsatz in flexiblen Schaltkreisen und in der weichen Robotik.
Während LSR derzeit nicht in 3D gedruckt werden kann, kann es in 3D-gedruckten Formen geformt werden, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten nahezu unbegrenzt sind. Der jüngste Einsatz von Soft Robotics befand sich im Octobot, den Harvard-Wissenschaftler 2016 gebaut haben. Diese Fluidschaltung in seinem weichen Gummikörper war ein neuer Sprung in der weichen Robotertechnologie.
Metallglas für langlebige Zahnräder
Ein weiterer Wegbereiter auf dem Gebiet der Robotik ist Metallglas. Während „Metallglas“ wie ein Oxymoron klingt, ist es tatsächlich das beste neue Material für Zahnräder mit sanften Bewegungen für Roboterbewegungen.
Normalerweise bewegen sich die Atome beim Schmelzen von Metall zufällig und erstarren beim Abkühlen in zufälliger Anordnung. Metallisches Glas ist keine Mischung aus Metall und Glas - im Gegenteil, es ist Metall, das schnell erhitzt und abgekühlt wirdauf die perfekte Temperatur um es in einem kristallinen Zustand einzufangen . Der kristalline Zustand verwandelt Metall effektiv in Glas.
Bulk-Metallglasprobe [Bildquelle : Wikimedia Commons ]
Diese Zahnräder eignen sich perfekt für brutal kalte Umgebungen wie den Mars. Die Zahnräder können auch bei den kältesten Temperaturen ohne jegliche Schmierung funktionieren. Curiosity, der derzeit auf dem Mars befindliche Rover, muss das Getriebeschmiermittel jedes Mal aufheizen, wenn dies erforderlich istPosition ändern. Mit diesen neuen metallischen Glaszahnrädern könnte ein Rover auf Jupiters Mond Europa funktionieren. wird nie wärmer als -260 Grad F -160 ° C ohne Getriebeschmiermittel.
Wenn wir uns weiter in das Sonnensystem ausbreiten, benötigen wir Materialien wie Metallglas, um Geräte bauen zu können, die eisigen Umgebungen standhalten. Leider funktioniert dieses Material am besten bei kalten Temperaturen und funktioniert unter heißen Bedingungen wie zdiejenigen, denen wir auf Merkur oder Venus begegnen würden.
Anwendungen für Soft Robotics
Weiche Robotik hat so viele Anwendungen, an die wir noch nicht einmal gedacht haben, von der Medizin über die Raumfahrt bis hin zu allem dazwischen. Weiche Roboter aus medizinischem LSR kann verwendet werden, um chirurgische Schäden bei minimal invasiven Roboteroperationen zu minimieren. Herkömmliche chirurgische Roboter haben sehr harte Kanten und bewegen sich nicht so reibungslos wie weiche Roboter.
Auf dem Mars oder darüber hinaus könnten weiche Roboter die Hände sein, die die Lebensräume schaffen, die wir benötigen, um das menschliche Leben jenseits unseres Heimatplaneten zu unterstützen. Forscher arbeiten bereits daran. ein weicher Roboter zum Schwimmen durch die eisigen Ozeane Europas.
Weiche Roboter sehen nicht wie etwas aus, das wir mit Robotik in Verbindung bringen. Sie laufen über die Oberfläche außerirdischer Planeten. Sie machen Entdeckungen an Orten, auf die kein Mensch jemals hoffen kann, zu überleben. Sie haben das Potenzial, die Robotermedizin zu verändernund die Wirksamkeit robotergestützter Operationen verbessern. Weiche Roboter könnten sich in die kleinsten Risse quetschen, um Überlebende zu finden, die unter Trümmern gefangen sind, sich durch den losen Boden graben, Landminen finden, um Soldaten oder Zivilisten zu schützen, oder in die Tiefen des Ozeans schwimmen, um herauszufinden, waswir müssen noch entdecken.
Wenn Sie möchten, dass Ihr eigener Protokolldroide hinter Ihnen herumläuft, sind Sie möglicherweise enttäuscht. Mit dem Trend zur weichen Robotik ist Ihr Protokolldroide möglicherweise ein kleiner Tintenfisch, der auf Ihrer Schulter sitzt, oder ein Roboterhund, der Ihnen auf den Fersen folgt.
Mit weichen, formbaren Materialien, die sowohl in rauen als auch in freundlichen Umgebungen funktionieren können, sind die Möglichkeiten und Anwendungen nur durch unsere Vorstellungskraft begrenzt.
[Ausgewählte Bildquelle : Lori Sanders / Harvard University ]