اولین گیره رباتیک چوبی که توسط رطوبت، دما و نور هدایت می شود

28 ژوئن 2023 -توسط دانشگاه ملی سنگاپور

گیره رباتیک چوبی که توسط محققان NUS ساخته شده است، می تواند به طور خود به خود در پاسخ به رطوبت، تحریک حرارتی و نور خم شود. همچنین دارای خواص مکانیکی خوبی است، قادر به انجام تغییر شکل پیچیده، محدوده دمای کاری گسترده، هزینه ساخت پایین و زیست سازگار است. اعتبار: دانشگاه ملی سنگاپور

بیشتر دستگیره‌های رباتیک یا با استفاده از پلاستیک‌های نرم – برای برداشتن اجسام بدون آسیب رساندن به آنها – که در دمای بالا ذوب می‌شوند، یا از فلزاتی که سفت و پرهزینه هستند ساخته می‌شوند. تیمی از محققان دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) به همراه همکارانشان از دانشگاه جنگل شمال شرقی، یک گیره رباتیک چوبی ساخته اند که می تواند در یک محیط بسیار گرم استفاده شود و در عین حال لمس نرم خود را حفظ کند.

این گیره رباتیک چوبی نوآورانه یک مزیت دیگر نیز دارد: تغییر در رطوبت، دما و روشنایی محیط و در نتیجه کاهش مصرف انرژی.

استادیار تان سوی توضیح داد: “چوب دارای خواص مکانیکی عالی، تغییر شکل طبیعی است، در ذخایر بزرگ موجود است و نسبتاً ارزان است. در آخرین کارمان، ما نشان داده‌ایم که گیره‌های روباتیک مبتنی بر چوب می‌توانند بر محدودیت‌های محرک‌ها و دستکاری‌های سنتی غلبه کنند.” چینگ، که رهبری یک تیم تحقیقاتی از گروه علوم و مهندسی مواد تحت کالج طراحی و مهندسی NUS را بر عهده دارد.

وی افزود: “گیرنده رباتیک چوبی ما می تواند به طور خود به خود در پاسخ به رطوبت، تحریک حرارتی و نور خم شود. همچنین دارای خواص مکانیکی خوبی است، قادر به انجام تغییر شکل پیچیده، محدوده دمای کاری گسترده، هزینه ساخت کم، و زیست سازگار است. این ویژگی های منحصر به فرد آن را از جایگزین های معمولی متمایز می کند.”

گیره چوبی هنگامی که در معرض رطوبت بالا قرار می گیرد بالاتر از 95٪ RH باز می شود و هنگامی که دمای محیط اطراف بیش از 70 درجه سانتیگراد افزایش می یابد یا در معرض تابش خورشیدی قرار می گیرند محکم بسته می شود.

تیم تحقیقاتی اختراع خود را در نسخه آنلاین مجله علمی Advanced Materials در 26 فوریه 2023 منتشر کرد.

محققان گیره رباتیک چوبی را با استفاده از قطعات چوب افرا کانادایی که ضخامت آنها 0.5 میلی متر است، ایجاد کردند. تکه‌های چوب ابتدا با کلرید سدیم برای حذف لیگنین – یک جزء موجود در دیواره‌های سلولی گیاهان – پردازش شدند. منافذ بزرگ در چوب با پلیمری به نام پلی پیرول پر می شود تا ماده بتواند گرما و نور را راحت تر جذب کند.

این تیم همچنین یک ژل هیگروسکوپی جدید مبتنی بر نیکل برای جذب رطوبت فرموله کردند. یک طرف قطعات چوب اصلاح شده با ژل جذب کننده رطوبت پوشانده شد. یک فیلم آبگریز به طرف دیگر چسبانده شد. این تفاوت تر و خشک به چوب اجازه می دهد تا بخار آب را از یک طرف به سرعت جذب کند و این باعث تسریع تغییرات در شکل گیره چوبی در هنگام قرار گرفتن در معرض رطوبت بالا می شود.

سپس قطعات چوب را با استفاده از قالب های مخصوص در دمای 70 درجه سانتیگراد به یک گیره درآوردند. هنگامی که ژل هیگروسکوپی در محیطی با RH 95٪ (یعنی تحریک رطوبت) قرار می گیرد، رطوبت را می گیرد و گیره چوبی کشیده می شود و به تدریج به سمت بیرون باز می شود.

خانم بای لولو، دانشجوی دکترا مهندسی و اولین نویسنده مقاله در دپارتمان علوم مواد NUS توضیح داد: هنگامی که در معرض دمای بالای محیط بیش از 70 درجه سانتیگراد (تحریک گرما) قرار گرفت، گیره چوبی شروع به خم شدن به سمت داخل کرد و در دمای 200 درجه سانتیگراد به حداکثر خمش رسید..

این تیم همچنین گیره چوبی را تحت شدت های مختلف نور آزمایش کردند و لایه فیلم آبگریز رو به منبع نور بود. هنگامی که نور نور دمای سطح گریپر را به حدود 42 درجه سانتیگراد افزایش داد، ژل جذب کننده رطوبت شروع به از دست دادن آب کرد و گیره قبل از رسیدن به خمش قابل توجه در حدود 57 درجه سانتیگراد شروع به خم شدن به سمت داخل کرد.

گیره چوبی پس از 100 چرخه فعال سازی دست نخورده باقی ماند و پایداری و استحکام آن را برای استفاده طولانی مدت نشان داد.

ما همچنین عملکرد گیره چوبی را با برداشتن اجسام در دمای بالا تأیید کردیم. در آزمایشات ما، گیره چوبی با موفقیت وزن 200 گرمی (معادل یک قوطی نوشابه) را در حدود 170 درجه سانتیگراد بلند کرد. این برای غیرممکن است. پروفسور Chen Wenshuai از دانشگاه جنگل شمال شرقی و نویسنده مقاله تحقیقاتی توضیح می دهد که اکثر محرک ها با استفاده از پلیمر نرم ساخته می شوند. بسته به طراحی، گیره چوبی می تواند بارهایی به اندازه 10000 برابر وزن گیره حمل کند.

دستیار پروفسور تان و تیمش اکنون به دنبال بهبود عملکرد گیره چوبی هستند، مانند کوتاه کردن زمان خم شدن از حدود دو دقیقه در حال حاضر، افزایش بار وزنی که می تواند حمل کند، و همچنین گرفتن اجسام با اشکال و اندازه های مختلف. آنها همچنین در حال یافتن راه هایی برای کاهش هزینه وبرای افزایش ساخت گیره چوبی.با طراحی بیشتر ساختاری و بهبود عملکرد، این تیم امیدوار است که نسخه بهبود یافته گیره چوبی را برای کمک به آتش نشانان در انجام عملیات نجات ایجاد کند.