Çok Ölçekli Emme ile Robot Teknolojisinin Geliştirilmesi

Robotlar ve robot bilimi çalışmaları, süreçlerimizi daha verimli ve optimize hale getirmek için yeni yollar keşfetmeye devam eden, sürekli gelişen bir alandır. Bu çabalar ve keşifler genellikle etrafımızdaki doğadan ve hayvan krallıklarından ilham alıyor. Örneğin Bristol Üniversitesi'ndeki bilim insanları robotik bir vantuz geliştirdi Ahtapotların biyolojik vantuzlarına benzer süper adaptif emme yeteneklerine sahiptir. 

Robotlarda Ahtapottan Esinlenen Emme Mekanizması

Her şey, Bristol Robotik Laboratuvarı'nın, çok yüksek emme kapasitesine sahip ve herhangi bir kayaya mümkün olan en iyi şekilde tutunabilen bir ahtapotun biyolojik vantuzlarının yapısını incelemesiyle başladı. Bu araştırma, çok katmanlı yumuşak bir yapının ve bir ahtapotun kas ve mukus yapıları gibi davranabilen yapay bir akışkan sisteminin yaratılmasına yol açtı.  

Makalenin baş yazarı Tianqi Yue, bu araştırmanın en önemli başarısını açıklarken şunları söyledi: "En önemli gelişme, mekanik konformasyonun (yüzey şekline uyum sağlamak için yumuşak malzemelerin kullanımı) ve sıvı sızdırmazlığının (temas eden yüzeye su yayılması) birleşiminin, karmaşık yüzeylerde emiş adaptasyonunu iyileştirmedeki etkinliğini başarıyla göstermiş olmamızdır. Bu aynı zamanda biyolojik organizmaların adaptif emiş elde etme yeteneğinin ardındaki sır da olabilir."

Bu nedenle en önemli gelişme, mevcut yapay emme modundan bir adım daha yükseğe çıkmak ve uyarlanabilir emme alanına, yani en zor ve karmaşık yüzeylere bağlanma becerisine girmektir. Bu çoklu emme mekanizması gerektiriyordu ve araştırma bunun nasıl başarılacağını gösterdi. 

Ahtapot Suckers'ın Nasıl Çalıştığını Daha İyi Anlamak İçin Tarihsel Araştırma

Ahtapotlarda emmenin nasıl çalıştığını anlamak uzun zamandır bilim camiasının ilgi alanı olmuştur. Araştırmacılar, Ahtapotların vantuzlarını bağımsız olarak hareket ettirebildiklerini ve gerektiğinde nesneleri kavrayabildiklerini biliyorlardı. 

Yapılan bir çalışma Livorno'daki araştırmacılar tarafından yürütülen On yıldan fazla bir süre önce ahtapotları inceledim ve şunu öğrendim: vantuzlarının yanları ve kenarları benzersiz bir şekilde inşa edilmişti. Vantuzlarının küçük, eşmerkezli koruları vardı ve bu da su altındaki herhangi bir pürüzlü yüzeyde güçlü bir sızdırmazlık oluşturmalarına yardımcı oluyordu. 

Benzer oluklar üst kısımda da görülebiliyordu; bu da etkili, güçlü ve aynı zamanda düşük basınçlı bir sızdırmazlık sağlıyordu. 

Bu düşük basınç olgusunu daha fazla araştıran araştırmacılar, emiciler hakkında daha fazla bilgi elde etti. Vantuzların kenarları ve kenarları yumuşacıkken üst kısmının çok daha sert olduğunu keşfettiler. Bu daha az esneklik, büyük olasılıkla, yapışmayı üstün, sağlam ve verimli kılan yerel düşük basınç oluşumuna yardımcı oldu. 

Bu keşiften bu yana, robotlarda Ahtapot emme mekanizmalarının taklit edilmesinden bahsediliyor. Artık çabaların sonuç verdiğini görüyoruz. 

Çoklu Emiş Mekanizması ve Nasıl Çatladığı!

Araştırma şunu önerdi the ahtapot benzeri çoklu emme mekanizması çoğaltılabilir Mekanik konformasyon ve düzenlenmiş su yalıtımının organik bir kombinasyonu aracılığıyla. Robotik çözümün ilk olarak yerleştirdiği çok katmanlı yumuşak malzemeler, alt tabakada kaba bir mekanik konformasyon oluşturdu ve bu da sonunda sızıntı açıklıklarını mikrometrelere indirdi. Bu mikron büyüklüğündeki açıklıklar daha sonra mühürlendi yapay bir akışkan sistemden düzenlenmiş su salgılanmasıyla. 

Bu Araştırmanın Gelecekteki Etkileri

Araştırmacılar, potansiyel uygulama alanlarını vurgularken, bu gelişmenin çeşitli karmaşık kuru yüzeylerde işlem yapabilen robotik tutucuların önünü açabileceğini belirtti. Bu çok ölçekli uyarlanabilir emme mekanizmasının, çok yönlü, yumuşak yapışma mekanizmalarının tam bir yelpazesine yol açabilecek daha etkili ve benzersiz şekilde uyarlanabilir emme stratejileri geliştirmedeki önemini vurguladılar. 

Tianqi Yue, bu çözümün mevcut çözümlere göre sunduğu iyileştirmelere dikkat çekerek şunları söyledi:

“Mevcut endüstriyel çözümler her zaman açık hava pompalarını kullanıyor emmeyi aktif olarak oluşturmak içinancak bunlar gürültülüdür ve enerji israfına neden olur.” 

Mevcut çözüm bir pompaya ihtiyaç duymadığından üstündür. Ve geliştiricilerinin beklediği gibi mevcut çözüm Bu, çeşitli düzensiz nesneleri verimli bir şekilde kavrayabilen yeni nesil robotik tutuculara yol açacaktır. Ekip, kabın davranışını etkili bir şekilde düzenleyecek gömülü sensörlere sahip akıllı bir vantuz planlıyor.

Bu araştırma ve önerdiği çözüm kesinlikle bir atılım olarak görülse de bilim ve robot bilimi camiası her zaman Ahtapotlardan ilham almıştır. 

Ahtapot Olan Muhteşem Yaratık

Ahtapotun genetik yapısı o kadar benzersizdir ki, bu gezegendeki neredeyse tüm canlılardan önemli ölçüde farklıdır. A Ahtapotlar üzerinde DNA çalışması yaklaşık 33,000 gene sahip olduklarını, yani insandakinden yaklaşık 10,000 daha fazla olduğunu ortaya çıkardı. Genetik kodlarını geliştirebilen insanlardan ve diğer birçok hayvandan farklı olarak Ahtapotlar, kendi RNA'larını düzenleme konusunda inanılmaz bir yeteneğe sahiptir. 

İnsanlarla da bazı benzerlikler vardı. Ve bu benzerlikler onların insanlar gibi daha zeki olmalarına yardımcı oldu. 

Örneğin Ahtapotlar, beyinlerindeki sinir ağına katkıda bulunan bir dizi insana benzer genlere sahiptir. Bu sinir ağı, onları çeşitli koşullara ve hızlı öğrenicilere uyarlanabilir hale getirir. Ek olarak, RNA'larını düzenleme yetenekleri, uyum sağlama yeteneklerini artırarak, okyanusun derinlerindeki aşırı soğuğa dayanmalarına olanak tanır. 

Ahtapotların görsel olarak da anlaşılacağı üzere büyük bir beyni vardır. Ve insanlar gibi kapalı bir dolaşım sistemine, irisle korunan gözlere, retinaya ve lense sahiptirler. 

Ahtapotlar ayrıca sınıfının en iyisi kamuflaj yeteneklerine sahiptir. Artık genetik kodları var kodu çözüldübilim adamlarının bunu nasıl başardıklarını kavramaları daha kolay olacaktır. Sinir bilimcilerin, kumaş mühendislerinin ve yapı mühendislerinin yararlanabileceği bir yetenek olan ten rengini milisaniyeler içinde değiştiriyorlar.  

Bir Ahtapotun Aklı

Ahtapotun fizyolojik dehası, özellikle de büyük beyni, bilim adamlarını onun bilişsel süreçlerini daha derinlemesine araştırmaya motive etti. 

2016 yılında, New York Şehir Üniversitesi Lisansüstü Merkezi'nde Seçkin Felsefe Profesörü ve Avustralya'daki Sidney Üniversitesi'nde tarih ve bilim felsefesi profesörü olan Peter Godfrey-Smith, 'Diğer Zihinler: Ahtapot, Deniz ve Bilincin Derin Kökenleri.' İçinde şunu yazdı:

Ahtapotlar ve onların akrabaları (mürekkep balığı ve kalamar), omurgasız hayvanlar denizinde zihinsel karmaşıklığa sahip bir adayı temsil ediyor. Yaklaşık on yıl önce bu yaratıklarla ilk karşılaşmamdan bu yana, onlarla etkileşime girmenin mümkün olduğu güçlü bağlılık duygusu ilgimi çekti."

Kitapta Profesör Godfrey-Smith, sıradan bir ahtapotun vücudunda yaklaşık 500 milyon nöron bulunduğunun altını çizdi. Bu sayı insanların sahip olduğundan çok daha az (yaklaşık 100 milyar) olmasına rağmen ahtapotlar oldukça zekidir. içinde onlar Basit labirentlerde gezinebilir ve iki farklı ama tanıdık ortamı ayırt etmek ve en iyi rotayı seçmek için görsel ipuçlarını etkili bir şekilde kullanabilir. 

Ahtapotları kuyrukta öne çıkaran şey zeka ve fizyolojik benzersizliğin karışımıdır. Özünde, robotik alanı her zaman akıllı cihazların karmaşık görevleri yerine getirebileceği bu duruma ulaşmaya çalışmıştır. Robotik öğrencilerinin bu muhteşem yaratığı sürekli olarak keşfetmesi şaşırtıcı değil. Kurumsal araştırmacıların yanı sıra birçok tanınmış şirket de bu alanda faaliyet göstermektedir. 

# 1. İNCİR

Ürünlerinde ahtapot yeteneklerini taklit etmeye her zaman ilgi duyan şirketlerden biri de ABB'ydi. ABB'nin stratejik risk sermayesi yatırım kolu olan ABB Teknolojik Girişimler, 2018 yılında Whitesides Group'tan ayrılan Soft Robotics ile ortaklık kurdu. 

Esinlenen bir ahtapotun dokunaçlarının işlevselliğiSoft Robotics, sensörlere veya elektromekanik cihazlara ihtiyaç duymadan çalışan polimerlerden yumuşak robotik aktüatörler geliştirdi. Şirket, hesaplama gücünü doğrudan kıskacın içine yerleştirip yerleştirdi ve insan elinin yumuşak dokularını taklit eden mikroakışkan kanallara sahip özel bir malzeme karışımı geliştirdi. 

Çok ölçekli emme işleminin gelişmiş robot teknolojisine entegre edilmesindeki son gelişmeler, bu teknolojilerin etkinliğini ve verimliliğini artırabilir. 

Yüksek zekaları ve insana benzeyen gelişmiş göz yapılarıyla bilinen ahtapotlar, robot biliminde önemli gelişmelere ilham kaynağı oldu. Bu yıl, ABB Sevensense'i satın aldıEndüstriyel robotları görsel ve bilişsel yeteneklerle donatarak hareketliliğini artırma konusunda uzmanlaşmış bir İsviçre teknoloji şirketi.

2023 mali yılında ABB Grubu 32.2 milyar ABD doları gelir bildirdi. Şirket ayrıca araştırma ve geliştirmeye 1.3 milyar ABD doları tutarında önemli bir yatırım yaptı. Bu arada operasyonel FAVÖK marjı %17'ye yakındı. 

# 2. Festo

Önde gelen bir robotik şirketinin zaten ilgi gösterdiği ve yeteneklerini geliştirmek için çok ölçekli emişten daha fazla yararlanabileceği başka bir örnekte, Alman robotik şirketine bakıyoruz. Festo'nun botu ahtapottan ilham aldı. 

Başlangıçta OctopusGripper olarak adlandırılan bu robotik cihaz, vantuz ve hava kombinasyonunu kullanarak eşyaları alabiliyor, tutabiliyor ve yere koyabiliyordu. O zamandan beri Tentacle Gripper olarak yeniden adlandırıldı. Şirket açıklıyor yumuşak bir silikon yapı olarak bu biyonik tutucu o pnömatik olarak kontrol edilebilir. Basınçlı hava olduğunda tedarik edilditutucu içe doğru bükülerek eşyaların etrafına güvenli bir şekilde sarılmasını sağlar. 

Yapısal olarak tutucu, silikon dokunaçların iç kısmına tutturulmuş iki sıra vantuz içerir. Küçük vantuzlar tutucunun ucuna yerleştirilerek pasif bir etki sağlarken, vakumla çalışan daha büyük vantuzlar nesnenin tutucuya sıkı bir şekilde yapışmasına yardımcı olur. 

Festo, robotu yine Bionic Learning Network'te geliştirilen iki pnömatik hafif robot üzerinde test etti: BionicMotionRobot ve BionicCobot. Kinematik doğaları nedeniyle bu robotların her ikisi de esnekti ve sonsuz şekillerde değişken şekilde güçlendirilebiliyordu. 

Dan beri yapay dokunaç geliştirildi Yumuşak bir malzemeden olduğundan yumuşak ve yumuşak bir şekilde kavrayabilir. Şirket, çözümün fütüristik işbirlikçi işyerleri için büyük bir potansiyele sahip olduğunu iddia etti. 

Gelir açısından 2023 mali yılı şirket için bir konsolidasyon yılı oldu. Binaen Festo'nun basın bültenlerinden birinecirosu bir önceki yılın seviyesinin hemen altında kaldı (%4.3 artışla yaklaşık 3.65 milyar avro). 

Gelirdeki hafif düşüşe rağmen şirket, araştırma ve geliştirmeye ve bölgesel pazar arzını genişletmeye yoğun yatırım yapmaya devam ettiğini iddia etti. Daha spesifik olarak, şirket 7.7 yılında cirosunun %2023'sini araştırma ve geliştirmeye yatırdı. 

Robotik Üzerine Doğadan ve Hayvanlar Aleminden İlham Almak Üzerine

Bugün, robotların bir ahtapotun vantuzlarından ipuçları aldığı belirli bir örneği ele aldık. Ancak, daha geniş bir perspektiften bakıldığında, tüm doğal dünyadan ipuçları almak bizi çevreliyor. Ve biyo-ilhamlı çok sayıda robotik girişimi halihazırda kamusal alanda faaliyette. 

Örneğin Ocak 2024'de, araştırma yayınlandı Tırmanıcı bitkilerin yapılandırılmamış ortamlarda gezinmek için kullandıkları davranışsal adaptif stratejilerden ilham alan otonom bir büyüyen robot sunuyoruz. Bu robotlar, gömülü bir eklemeli üretim mekanizması ve sensörlü bir uç aracılığıyla eklemeli adaptif büyümeyi algılayıp koordine etmek için tırmanıcı bitkilerin apikal sürgünlerini taklit edebilir.

Uyumlu malzemeler alanında da önemli araştırmalar yapıldı. yumuşak robot imalatı. Birkaç yıl önce bir ekip Minnesota İkiz Şehirleri Üniversitesi bilim adamları ve mühendisler, sentetik malzeme büyümesini güçlendirmek için bitkilerden ilham alan bir süreç geliştirdiler. 

MKS çözüm araştırmacılara yardımcı olabilir insan vücudunun içinde bile karmaşık arazilerde gezinebilen gelişmiş yumuşak robotlar üretiyoruz. Makalenin ilk yazarı Matthew Hausladen'e göre araştırmacılar, bitki ve mantarların büyüme şeklinden gerçekten ilham aldılar. Araştırmacılar şunları söyledi:

"Biz (araştırma ekibi), bitkilerin ve mantarların vücutlarının uç kısmına, kök uçlarına veya yeni sürgünlerine madde ekledikleri fikrini aldık ve bunu bir mühendislik sistemine dönüştürdük." 

Doğal dünya bizim yapabileceğimizden çok daha fazla değişiklik ve değişim yaşadı belki Hayvanların bin yıl boyunca hayatta kaldığını ve uyum sağladığını hayal edin. Onların inanılmaz adaptasyon tekniklerini titizlikle incelemeli, daha detaylı gözlemlemeliyiz. Bunları gerçek ruhuyla kopyalamaya çalışmak, bilim ve teknoloji alanlarında hayal edebileceğimizden çok daha fazlasını başarmamıza her zaman yardımcı olacaktır. 

En iyi on robotik şirketinin listesi için buraya tıklayın.