Robotica moale este o ramură a roboticii specializată în construcția de roboți din materiale moi , similare cu țesuturile organismelor vii. [unu]
Multe dintre ideile de robotică moale sunt împrumutate de la organismele vii - cum se mișcă și se adaptează la mediul lor. Spre deosebire de roboții rigizi tradiționali, roboții moi oferă flexibilitate și adaptabilitate sporite în îndeplinirea sarcinilor, precum și siguranță sporită atunci când lucrează în apropierea oamenilor. [2] Aceste caracteristici le permit să fie potențial utilizate în domeniile medicinei și producției.
Robotica moale, practic, construiește roboți în întregime din materiale moi, rezultând roboți care arată ca niște nevertebrate precum viermii sau caracatițele. Modelarea mișcării unor astfel de roboți este o sarcină dificilă, [1] deoarece necesită utilizarea unor metode de mecanică a continuului ; prin urmare, roboții moi sunt uneori denumiți roboți continuu.
Pentru a studia fenomenele biologice, oamenii de știință creează roboți moi după imaginea organismelor vii și efectuează experimente greu de realizat pe organisme reale.
Cu toate acestea, există roboți rigizi care sunt, de asemenea, capabili de deformare continuă, cum ar fi robotul șarpe.
Structurile moi pot fi folosite ca parte a unui robot rigid mai mare. Efectorii robotici moi pentru prinderea și manipularea obiectelor au avantajul de a nu sparge obiectele fragile.
Se pot construi roboți hibridi soft-rigid, care au un cadru rigid intern și elemente moi externe. Elementele moi pot avea multe funcții: atât mecanisme de acționare similare cu mușchii animalelor, cât și material de înmuiere pentru a asigura siguranța în cazul unei coliziuni cu o persoană.
Roboții moi pot fi implementați în medicină, în special în chirurgia invazivă . Roboții moi pot ajuta la operații: prin schimbarea formei, un astfel de robot se poate deplasa cu ușurință prin structurile sinuoase ale corpului uman. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea unui antrenament fluid. [3]
Roboții moi pot acționa ca exocostume flexibile pentru a reabilita pacienții, pentru a ajuta persoanele în vârstă sau pur și simplu pentru a crește puterea utilizatorului. Echipa Harvard a creat un exocostume flexibil care depășește deficiențele exocostumelor rigide care restricționează mișcarea naturală a unei persoane. [patru]
În mod tradițional, roboții de producție sunt izolați de lucrătorii umani din cauza problemelor de siguranță, deoarece o coliziune între un robot rigid și un om poate duce cu ușurință la rănire din cauza mișcării rapide a robotului. Roboții moi, pe de altă parte, pot lucra în siguranță împreună cu oamenii, în cazul unei coliziuni, materialele moi ale robotului vor preveni sau minimiza potențialele răni.
Robotica soft poate fi folosită pentru biomimetism în explorarea oceanelor sau a spațiului. În căutarea vieții extraterestre, oamenii de știință trebuie să afle mai multe despre corpurile de apă extraterestre, deoarece apa este sursa vieții pe Pământ. Roboții moi pot fi folosiți pentru a simula creaturi acvatice. Un astfel de proiect a fost întreprins de grupul Cornell în 2015 în cadrul unui grant prin NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). [5] Echipa și-a propus să simuleze o creatură ipotetică care trăiește în oceanul acoperit de gheață din Europa, luna lui Jupiter, prin dezvoltarea unui robot moale care imită mișcarea unei lamprede sau a unei sepie în apă . Explorarea unui corp de apă, în special a unuia pe altă planetă, presupune rezolvarea unor probleme unice în mecanică și căutarea materialelor.
Roboții moi, în special cei proiectați să imite viața, adesea trebuie să fie încărcați ciclic în timp ce se deplasează sau îndeplinesc orice altă sarcină. De exemplu, în cazul robotului lamprei sau asemănător sepiei descris mai sus, mișcarea ar necesita electroliza apei și aprinderea cu gaz, rezultând o expansiune rapidă pentru a propulsa robotul înainte. [5] Această expansiune și contracție repetitivă și explozivă va crea un stres ciclic intens asupra materialului polimeric selectat. Un robot scufundat pe Europa ar fi practic imposibil de reparat sau înlocuit, așa că trebuie avut grijă să selectați un material și un design care să minimizeze inițierea și propagarea fisurilor de oboseală. În special, un material ar trebui să fie selectat cu o limită de oboseală sau o frecvență de amplitudine a tensiunii peste care comportamentul la oboseală al polimerului nu mai este dependent de frecvență. [6]
Deoarece roboții moi sunt fabricați din materiale moi, trebuie luate în considerare efectele temperaturii. Limita de curgere a unui material tinde să scadă cu temperatura, iar în materialele polimerice acest efect este și mai pronunțat. [6] La temperatura camerei și la temperaturi mai ridicate, lanțurile lungi din mulți polimeri se pot întinde și aluneca unul de-a lungul celuilalt, prevenind concentrarea locală a tensiunilor într-o zonă și făcând materialul ductil. [7] Dar majoritatea polimerilor trec printr-o temperatură de tranziție de la ductil la fragil [8] sub care nu există suficientă energie termică pentru ca lanțurile lungi să reacționeze într-o manieră atât de ductilă, iar eșecul este mult mai probabil. Tendința materialelor polimerice de a deveni casante la temperaturi mai scăzute este considerată a fi cauza dezastrului Challenger și ar trebui luată foarte în serios, în special pentru roboții moi care vor fi introduși în medicină. Temperatura de tranziție de la ductil la fragil nu trebuie să fie ceea ce poate fi considerat „rece” și este de fapt o caracteristică a materialului în sine, în funcție de cristalinitatea acestuia, rezistența la impact, dimensiunea grupului lateral (în cazul polimerilor) și alți factori. .