رباتهای نرم با یک قطره فلز مایع ۳.۵ برابر قدرتمندتر شدند
پژوهشگران با توسعه یک فناوری نوین سیالاتی موفق شدهاند قدرت رباتهای نرم ماهیچههای مصنوعی و تجهیزات پوشیدنی را بیش از سه برابر افزایش دهند. این دستاورد با بهرهگیری از کشش سطحی یک قطره بسیار کوچک فلز مایع، کوچکتر از یک قطره باران حاصل شده و میتواند مسیر توسعه نسل جدیدی از سامانههای پوشیدنی، تجهیزات پزشکی و رباتهای نرم را هموار کند.
به گزارش new medical، این فناوری در قالب مطالعهای به سرپرستی پژوهشگران دانشگاه بریستول و با همکاری دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی توسعه یافته است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که اعمال حتی ولتاژ بسیار پایین به یک قطره فلز مایع میتواند توان خروجی یک ماهیچه مصنوعی ربات نرم و سایر تجهیزات کمکی را به شکل چشمگیری افزایش دهد؛ موضوعی که کاربردهای گستردهای از سامانههای انتقال دارو گرفته تا تجهیزات پوشیدنی خواهد داشت.
یکی از مهمترین مزیتهای این فناوری رفع یکی از چالشهای اساسی مهندسی رباتهای نرم است. تاکنون برای افزایش نیروی تولیدی یا دامنه حرکت این تجهیزات لازم بود ابعاد دستگاه بزرگتر شود یا از سامانههای مکانیکی پیچیدهتر و منابع انرژی بیشتری استفاده شود، اما فناوری جدید این امکان را فراهم میکند که بدون افزایش اندازه، پیچیدگی یا مصرف انرژی، عملکرد دستگاه به میزان قابل توجهی بهبود یابد.
صبا فیروزنیا، پژوهشگر آزمایشگاه رباتیک نرم دانشگاه بریستول و نویسنده اصلی این مقاله در توضیح این دستاورد گفت: در طبیعت عضلات از سازوکارهای زیستی داخلی برای تقویت نیرو و حرکت استفاده میکنند. ما موفق شدهایم مفهومی مشابه را در یک سامانه مهندسیشده پیادهسازی کنیم؛ به گونهای که یک سیگنال الکتریکی بسیار کوچک بتواند بدون نیاز به موتورهای بزرگتر، پمپهای حجیم یا افزایش پیچیدگی مکانیکی، نیروی تولیدی و دامنه حرکت دستگاه را به شکل قابل توجهی افزایش دهد.
فناوری توسعهیافته که پمپ مغناطوهیدرودینامیکی تقویتشده با الکتروکاپیلاری (Electrocapillary-enhanced Magnetohydrodynamic Pump - EMP) نام دارد از یک قطره فلز مایع باردار برای افزایش توان سامانههای سیالاتی استفاده میکند. این فناوری میتواند در رباتهای نرم الهامگرفته از حشرات، ماهیها و سایر موجودات زنده به کار گرفته شود تا حرکتهای قدرتمندتر و کارآمدتری ایجاد کنند.
پژوهشگران معتقدند این فناوری میتواند در تجهیزات پوشیدنی مورد استفاده بیماران توانبخشی نیز تحول ایجاد کند؛ به طوری که این تجهیزات سبکتر، انعطافپذیرتر، کوچکتر و راحتتر از نمونههای فعلی باشند. همچنین سامانههای زیستپزشکی مینیاتوری و فناوریهای آزمایشگاه روی تراشه (Lab-on-a-Chip) قادر خواهند بود مایعات را در فضاهای بسیار کوچک با کارایی بیشتری جابهجا کنند؛ قابلیتی که میتواند عملکرد تجهیزات تشخیص پزشکی و سامانههای انتقال هدفمند دارو را بهبود ببخشد.
نتایج این مطالعه نشان داد که حتی اعمال ولتاژی بسیار پایین در محدوده ۰.۵ تا ۲ ولت میتواند نقش یک تقویتکننده را ایفا کند و توان خروجی پمپ EMP را تا ۳.۵ برابر افزایش دهد؛ در حالی که این افزایش عملکرد تنها به ۰.۰۸۳ درصد بار الکتریکی اضافی نیاز دارد که میزان بسیار ناچیزی محسوب میشود.
اعضای این تیم پژوهشی پیشتر نیز امکان استفاده عملی از این فناوری را در تجهیزات پوشیدنی به نمایش گذاشته بودند. آنها ساعتی مچی طراحی کرده بودند که به یک پمپ مینیاتوری مبتنی بر فلز مایع مجهز بود. این ساعت یک پوست مصنوعی سیالاتی را تغذیه میکرد که برای محافظت از پوست در برابر اشعه فرابنفش (UV) کاربرد دارد. در این سامانه نیز تنها با اعمال مقدار اندکی بار الکتریکی پمپ توانست سیال را با سرعت بیشتری به گردش درآورد و سطح وسیعتری را پوشش دهد؛ موضوعی که میزان محافظت در برابر اشعه UV را افزایش داد.
جاناتان راسیتر، استاد رباتیک دانشگاه بریستول و از نویسندگان این پژوهش با اشاره به اهمیت این فناوری گفت: این سامانه میتواند بدون نیاز به موتورهای بزرگتر، کمپرسورها یا باتریهای حجیم، فشار و دبی بیشتری تولید کند. این دستاورد رویکردی کاملا جدید برای تقویت توان سامانههای سیالاتی در ماشینهای نرم ارائه میدهد و راه را برای توسعه رباتهای نرم توانمندتر، تجهیزات پوشیدنی پیشرفتهتر و فناوریهای زیستپزشکی فشرده و کارآمدتر هموار میکند.
انتهای پیام/
