Robotik

Weiche Robotik und die Materialien, die das Feld revolutionieren könnten

Weiche Robotik und die Materialien, die das Feld revolutionieren könnten

Wenn jemand Robotik sagt, zaubert Ihr Verstand wahrscheinlich entweder ein Bild von Arnold Schwarzenegger in Der Terminator oder ein scharf aussehendes Stück Metall und Plastik, das über den Boden huscht. Es ist jedoch nicht die Angst vor Skynet, die uns davon abhält, voranzukommen. Es sind die Materialien, die derzeit für die Entwicklung der Robotik verfügbar sind. Jüngste Innovationen im Materialbau könnten jedoch die Art und Weise, wie wir Robotik betrachten, für immer verändern. Werfen wir einen Blick auf die Unterfeld-Soft-Robotik.

Was ist "weiche Robotik"?

Soft-Body Fishlike Robot [Bildquelle: Wikimedia Commons]

Soft Robotics ist ein Begriff, der immer beliebter wird. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Roboter keine scharfen Kanten und harten Griffe haben, die die traditionelle Robotik begleiten. Weiche Robotik hat weichere Kanten und eine feinere Berührung. Auf diese Weise können sie Arbeiten ausführen, die klassische Roboter nicht ausführen können.

Um etwas mit einem Roboterarm aufzunehmen, mussten Sie traditionell die Größenangaben des Artikels kennen und in den Computer programmieren. Der Versuch, etwas Zerbrechliches wie ein Ei aufzunehmen, führt normalerweise zu einem Omelett.

Die weiche Robotik verwendet bei ihrer Konstruktion weichere, flexiblere Materialien. In den meisten Fällen können sie Objekte unterschiedlicher Größe und Form aufnehmen, ohne jedes einzelne Objekt zu programmieren.

Welche Materialien gelten für die weiche Robotik?

Bedrucktes Flüssigmetall für Flexibilität

Wenn Sie an einen Tintenstrahldrucker denken, denken Sie wahrscheinlich an den Bürodrucker, der auf Ihrem Schreibtisch sitzt. Haben Sie sich jemals einen Tintenstrahldrucker vorgestellt, der Metall druckt? Bedrucktes Flüssigmetall verwendet die Inkjet-Technologie, um die in weichen Robotern verwendete flexible Elektronik zu drucken.

Normales flüssiges Metall wäre zu dick, um durch einen Tintenstrahlkopf zu gelangen. Um es bedruckbar zu machen, werden die Metallnanopartikel mit einem Lösungsmittel wie Ethanol gemischt. Dadurch kann das Metall durch den Druckkopf in das gewünschte Muster gelangen. Nach dem Drucken verdampft das Ethanol und hinterlässt das flüssige Metall.

Sobald das bedruckte Metall gedrückt wird, um die Partikel zu verbinden, kann das Metall wieder Daten oder Elektrizität leiten. Die möglichen Anwendungen des Materials werden derzeit untersucht und wie das flüssige Metall auf verschiedene Oberflächen reagiert. Gegenwärtige Anwendungen auf dem Gebiet der Elektronik umfassen Elektroden, Verbindungen und Antennen. Die Flexibilität von Flüssigmetall eignet sich gut für weiche Robotik.

Flüssiger Silikonkautschuk für weiche Körper

Flüssiger Silikonkautschuk ist wohl eines der vielseitigsten Werkzeuge für die weiche Robotik. Es kann in nahezu jede Form gebracht werden. LSR ist ein haltbares und flexibles Material, das gegen Schimmel und Bakterien resistent ist. Es können auch Hardware und Schaltkreise direkt darin eingebettet sein.

Eine REM-Aufnahme der Seitenansicht einer Silikonkautschukoberfläche [Bildquelle:Wikimedia Commons]

Eine Vielzahl von Anwendungen verwendet üblicherweise drei verschiedene Arten von LSR:

- LSR in Lebensmittelqualität - Sicher für die Verwendung mit Lebensmitteln, häufig zum Formen von Kuchen bis hin zu Gelatine-Leckereien.

- Medizinisches LSR - Nützlich für Gummiwerkzeuge und Implantate. Medizinisches LSR kann zur Sterilisation autoklaviert werden und bietet eine erstaunliche Vielseitigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen bei einer erstaunlichen Vielfalt von Temperaturen. Es ist auch chemisch stabil. Chemikalien oder Reinigungsmittel, mit denen es in Kontakt kommen könnte, haben keinen Einfluss darauf.

- Leitfähiges LSR - Entwickelt, um elektrische Signale direkt durch das Material zu leiten. Ideal für den Einsatz in flexiblen Schaltkreisen und in der weichen Robotik.

Während LSR derzeit nicht in 3D gedruckt werden kann, kann es in 3D-gedruckten Formen geformt werden, wodurch die möglichen Anwendungen nahezu unbegrenzt sind. Der Octobot wurde zuletzt im Octobot eingesetzt, den Harvard-Wissenschaftler 2016 gebaut haben. Diese Fluidschaltung in seinem weichen Gummikörper war ein neuer Sprung in der Soft-Robot-Technologie.

Metallglas für langlebige Zahnräder

Ein weiterer Wegbereiter auf dem Gebiet der Robotik ist Metallglas. Während „metallisches Glas“ wie ein Oxymoron klingt, ist es tatsächlich das beste neue Material für Zahnräder mit sanfter Bewegung für Roboterbewegungen.

Wenn Sie Metall schmelzen, bewegen sich die Atome normalerweise zufällig und erstarren beim Abkühlen in zufälliger Anordnung. Metallisches Glas ist keine Mischung aus Metall und Glas - im Gegenteil, es ist Metall, das schnell auf die perfekte Temperatur erhitzt und abgekühlt wird, um es in einem kristallinen Zustand einzufangen. Der kristalline Zustand verwandelt Metall effektiv in Glas.

Bulk-Metallglasprobe [Bildquelle: Wikimedia Commons]

Diese Zahnräder eignen sich perfekt für brutal kalte Umgebungen wie den Mars. Die Zahnräder können auch bei den kältesten Temperaturen ohne jegliche Schmierung funktionieren. Curiosity, der Rover, der sich derzeit auf dem Mars befindet, muss das Getriebeschmiermittel jedes Mal erwärmen, wenn er seine Position ändern muss. Mit diesen neuen metallischen Glasgetrieben könnte ein Rover auf Jupiters Mond Europa funktionieren, der ohne Getriebeschmiermittel niemals wärmer als -160 ° C wird.

Wenn wir uns weiter in das Sonnensystem ausbreiten, benötigen wir Materialien wie metallisches Glas, um Geräte bauen zu können, die eisigen Umgebungen standhalten. Leider funktioniert dieses Material am besten bei kalten Temperaturen und funktioniert unter heißen Bedingungen, wie sie auf Merkur oder Venus auftreten würden, möglicherweise nicht gut.

Anwendungen für Soft Robotics

Soft Robotics hat so viele Anwendungen, an die wir noch nicht einmal gedacht haben, von der Medizin über die Raumfahrt bis hin zu allem dazwischen. Weiche Roboter aus medizinischem LSR können verwendet werden, um chirurgische Schäden bei minimal invasiven Roboteroperationen zu minimieren. Herkömmliche Operationsroboter haben sehr harte Kanten und bewegen sich nicht so reibungslos wie weiche Roboter.

Auf dem Mars oder darüber hinaus könnten weiche Roboter die Hände sein, die die Lebensräume schaffen, die wir brauchen, um das menschliche Leben jenseits unseres Heimatplaneten zu unterstützen. Die Forscher arbeiten bereits an einem weichen Roboter, der durch die eisigen Ozeane Europas schwimmen soll.

Weiche Roboter sehen nicht nach etwas aus, das wir mit Robotik assoziieren. Sie werden über die Oberfläche außerirdischer Planeten laufen. Sie werden Entdeckungen an Orten machen, auf die kein Mensch jemals hoffen könnte, zu überleben. Sie haben das Potenzial, die Robotermedizin zu verändern und die Wirksamkeit robotergestützter Operationen zu verbessern. Weiche Roboter könnten sich in die kleinsten Risse quetschen, um Überlebende zu finden, die unter Trümmern gefangen sind, sich durch den losen Boden graben, um Landminen zu finden, um Soldaten oder Zivilisten zu schützen, oder in die Tiefen des Ozeans schwimmen, um herauszufinden, was wir noch entdecken müssen.

Wenn Sie möchten, dass Ihr eigener Protokolldroide hinter Ihnen herumläuft, werden Sie möglicherweise enttäuscht sein. Mit dem Trend zur weichen Robotik könnte Ihr Protokolldroide ein kleiner Tintenfisch sein, der auf Ihrer Schulter sitzt, oder ein Roboterhund, der Ihnen auf den Fersen folgt.

Mit weichen, formbaren Materialien, die sowohl in rauen als auch in freundlichen Umgebungen funktionieren können, sind die Möglichkeiten und Anwendungen nur durch unsere Vorstellungskraft begrenzt.

[Ausgewählte Bildquelle: Lori Sanders / Harvard University]

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