مکاترونیک نیوز | محققان پمپ‌های الکتروشیمیایی را برای از بین بردن مشکلات وزن و نویز در ربات‌های نرم طراحی کردند

به گزارش مکاترونیک نیوز، اصطلاح “ربات” احتمالاً تصاویری از اجسام فلزی محکم را در ذهن انسان تداعی می‌کند که در هنگام حمله تخریب ناپذیر هستند. در زندگی روزمره مدرن ربات‌ها برای محافظت در برابر حملات دشمن کمتر مورد استفلاده قرار می‌گیرند اما در عوض، می توان از آنها برای انجام کارهای معمولی‌تری مانند تعامل با انسان‌ها و دست زدن به اشیاء ظریف استفاده کرد.

متأسفانه، روبات‌های معمولی در چنین وظایف ظاهراً ابتدایی به خوبی عمل نمی‌کنند. علاوه بر این، آنها سنگین و پر سر و صدا هستند. از آنجایی که روبات‌های «نرم» از موادی به نام «الاستومر» (مواد دارای ویسکوزیته و کشسانی بالا) تشکیل شده‌اند، معمولاً بیشتر مورد توجه هستند.

ربات‌های نرم می‌توانند ضربه‌ها را جذب کنند و به روشی بهتر با محیط خود سازگار شوند و از ربات‌های معمولی ایمن‌تر هستند. این امر طیف وسیعی از کاربردها، از جمله کارهای دستی، پزشکی و جراحی و فناوری پوشیدنی را آسان کرده است.

با این حال، تعدادی از این ربات‌های نرم به سیستم‌های سیال وابسته هستند که هنوز از پمپ‌هایی استفاده می‌کنند که توسط اجزای مکانیکی (بلبرینگ‌ها و موتورها) کار می‌کنند. بنابراین، آنها همچنان پر سر و صدا و سنگین هستند.

یکی از راه‌های غلبه بر این مسئله استفاده از واکنش های شیمیایی در پمپ‌های برق است. اما در حالی که چنین سیستم هایی مطمئناً سبک و بی صدا هستند، آنها به خوبی پمپ های معمولی عمل نمی کنند. آیا تکنیکی برای شکست دادن این مبادله وجود دارد؟ بله، راه حلی وجود دارد.

تیمی از دانشمندان موسسه فناوری شیباورا (SIT)، ژاپن، به سرپرستی پروفسور شینگو مائدا ، یک پمپ “الکتروهیدرودینامیک” (EHD) راه‌اندازی کرده‌اند که از واکنش‌های الکتروشیمیایی برای نیرو دادن به پمپ‌ها استفاده می‌کند. پمپ‌های EHD تمام مزایای پمپ‌هایی که با واکنش‌های شیمیایی تغذیه می شوند به جز مشکلات آنها را دارند.

در حال حاضر، در یک مطالعه اخیر، تیمی متشکل از پروفسور مائدا، یو کاواجیما، دکتر یوهی یامادا (همه افراد ذکر شده از دپارتمان علوم مهندسی و مکانیک، SIT) و دانشیار هیروکی شیگمون (بخش مهندسی برق،SIT) هستند. آن‌ها یک گام فراتر رفته‌اند و یک پمپ EHD “خود حسگر” را مهندسی کرده‌اند که از یک مبدل دوگانه الکتروشیمیایی استفاده می‌کند. (ECDT) برای تشخیص جریان سیال، که به نوبه خود باعث ایجاد واکنش‌های الکتروشیمیایی و افزایش جریان می‌شود استفاده می‌کند.

فناوری خودحسگر اخیراً برای فشرده‌سازی ربات‌های نرم توجه زیادی را به خود جلب کرده است. گنجاندن حسگرها در ربات‌های نرم، قابلیت چند کارکردی آن‌ها را افزایش می‌دهد، اما اغلب باعث ایجاد سیم‌کشی پیچیده می‌شود. فناوری محرک خودکار می تواند به حل این مشکل کمک کند و امکان کوچک سازی ربات های نرم را فراهم کند.

پروفسور شینگو مائدا ، سرپرست مطالعه، گروه علوم مهندسی و مکانیک، موسسه فناوری شیباورا

این مطالعه در جلد 14 شماره 2 مجله ACS Applied Materials & Interfaces در 19 ژانویه 2022 منتشر شده است.

محققان طرح ECDT را بر پایه پمپ EHD که قبلا توسعه داده بودند، پایه گذاری کردند. پمپ دارای موقعیت متقارن الکترودهای مسطح بود که فقط با تغییر ولتاژ امکان کنترل آسان جهت جریان را فراهم می کرد.

علاوه بر این، موقعیت‌یابی به دلیل قدرت یکسان میدان الکتریکی در دو طرف،امکان وجود جریان بدون مانع و به همان میزان در هر جهت را امکان‌پذیر می‌کرد. محققان عملکرد سنجش را با توجه به طیفی از جریان قابل تشخیص، سرعت، پاسخ، حساسیت و زمان‌های آرامش ارزیابی کردند و همچنین از مدل‌سازی ریاضی برای درک مکانیسم سنجش استفاده کردند.

ECDT می تواند به راحتی در یک سیستم سیال بدون پیچیدگی ادغام شود.

یو کوواجیما، نویسنده اول مطالعه و دانشجوی دکترا، آزمایشگاه مواد هوشمند، موسسه فناوری شیباورا

علاوه بر این، تیم کارایی آن را با استفاده از آن برای تامین انرژی یک مکنده برای حس کردن، گرفتن و رها کردن اشیا تایید کرد.

مزایای ECDT این است که نیازی به تجهیزات خاص یا پردازش پیچیده برای ساخت آن ندارد. علاوه بر این، کوچک، سبک وزن است و طیف وسیعی از حساسیت را نشان می دهد.

پروفسور شینگو مائدا، سرپرست مطالعه، گروه علوم مهندسی و مکانیک، موسسه فناوری شیباورا

با این حال، ECDT فراتر از کوچک سازی ربات‌های نرم است و مسیری به سوی آینده‌ای است که در آن ربات‌ها و انسان‌ها نه تنها در کنار هم زندگی می‌کنند، بلکه تماس آنها آسان و طبیعی می‌شود و این موضوع چشم انداز هیجان انگیز در سال‌های آینده است.

نام خبرنگار: مریم آموت سر

منبع خبر: https://www.azorobotics.com