یک ربات کرم خاکی جدید با الهام زیستی برای اکتشافات زیرزمینی آینده

1 مارس 2023 – توسط موسسه فناوری ایتالیا

محققان Istituto Italiano di Tecnologia IIT-موسسه فناوری ایتالیایی در جنوا ربات نرم جدیدی را با الهام از بیولوژی کرم‌های خاکی کشف کرده‌اند که می‌تواند به لطف محرک‌های نرمی که هنگام عبور هوا از آن‌ها کشیده یا فشرده می‌شوند، بخزد. کشیده شده است.نمونه اولیه در گزارش های علمی توضیح داده شده است و نقطه شروعی برای توسعه دستگاه هایی برای اکتشاف زیرزمینی است، اما همچنین برای عملیات جستجو و نجات در فضاهای محدود و اکتشاف سیارات دیگر.

طبیعت نمونه‌های بسیاری از حیوانات مانند مارها، کرم‌های خاکی، حلزون‌ها و کرم‌ها را ارائه می‌دهد که هم از انعطاف‌پذیری بدن خود و هم از توانایی تولید امواج فیزیکی در طول بدن خود برای حرکت و کشف محیط‌های مختلف استفاده می‌کنند. برخی از حرکات آنها نیز شبیه ریشه گیاهان است.

الهام گرفتن از طبیعت و در عین حال آشکار کردن پدیده‌های بیولوژیکی جدید در حین توسعه فناوری‌های جدید، هدف اصلی آزمایشگاه روباتیک نرم BioInspired با هماهنگی باربارا مازولای است و این ربات کرم خاکی جدیدترین اختراع گروه او است.

ایجاد ربات کرم خاکی از طریق درک کامل و استفاده از مکانیک حرکت کرم خاکی امکان پذیر شد. آنها از انقباضات متناوب لایه های عضلانی استفاده می کنند تا با ایجاد امواج پریستالتیک رتروگراد، خود را در زیر و بالای سطح خاک به حرکت درآورند. بخش های منفرد بدن آنها (متامرها) دارای مقدار خاصی از مایع هستند که فشار داخلی را برای اعمال نیرو کنترل می کند و الگوهای حرکتی مستقل، موضعی و متغیر را انجام می دهد.

محققان IIT مورفولوژی کرم‌های خاکی را مطالعه کرده‌اند و راهی برای تقلید حرکات ماهیچه‌ها، محفظه‌های سلومیک با حجم ثابت و عملکرد موهای پرز مانند آنها با ایجاد محلول‌های رباتیک نرم پیدا کرده‌اند.

این تیم یک محرک نرم پریستالتیک (PSA) ساخت که حرکات متضاد عضلانی کرم‌های خاکی را اجرا می‌کند. هنگامی که هوا به داخل آن پمپ می شود از حالت خنثی کشیده می شود و هنگامی که هوا از آن خارج می شود فشرده می شود. کل بدنه کرم خاکی رباتیک از پنج ماژول PSA به صورت سری ساخته شده است که با پیوندهای درونی متصل شده اند. نمونه اولیه 45 سانتی متر طول و 605 گرم وزن دارد.

هر محرک دارای یک پوست الاستومری است که مقدار مشخصی از مایع را در خود محصور می کند، بنابراین حجم ثابت مایع سلومیک داخلی در کرم های خاکی را تقلید می کند. بخش کرم خاکی از نظر طولی کوتاه‌تر و از نظر محیطی وسیع‌تر می‌شود و با انقباض ماهیچه‌های طولی یک محفظه حجم ثابت فردی، نیروهای شعاعی اعمال می‌کند. به طور متضاد، این قطعه در امتداد محور قدامی-خلفی طولانی‌تر می‌شود و با انقباض ماهیچه‌های محیطی از نظر محیطی نازک‌تر می‌شود و در نتیجه نیروهای نفوذ در طول محور ایجاد می‌شود.

هر محرک منفرد حداکثر ازدیاد طول 10.97 میلی متر در فشار 1 بار مثبت و حداکثر فشرده سازی 11.13 میلی متر در 0.5 بار فشار منفی را نشان می دهد که در توانایی خود برای ایجاد نیروهای طولی و شعاعی در یک ماژول محرک منحصر به فرد است.

به منظور به حرکت درآوردن ربات روی یک سطح مسطح، پدهای اصطکاک غیرفعال کوچک الهام‌گرفته از لایه‌های کرم‌های خاکی به سطح شکمی ربات متصل شدند. این ربات حرکت بهبود یافته ای را با سرعت 1.35 میلی متر بر ثانیه نشان داد.

این مطالعه نه تنها یک روش جدید برای توسعه یک ربات نرم کرم خاکی مانند پریستالتیک پیشنهاد می‌کند، بلکه درک عمیق‌تری از حرکت از منظر الهام‌گرفته از زیستی در محیط‌های مختلف ارائه می‌دهد. کاربردهای بالقوه این فناوری بسیار گسترده است، از جمله اکتشاف زیرزمینی، حفاری، عملیات جستجو و نجات در محیط‌های زیرزمینی و اکتشاف سیارات دیگر.

این ربات نرم حفاری با الهام از زیستی گامی مهم به جلو در زمینه رباتیک نرم است و دری را برای پیشرفت های بیشتر در آینده باز می کند.