Ahtapot kollarındaki derinin çalışma biçiminden ilham alan ABD'deki Virginia Tech araştırmacıları, su altındaki nesnelere güvenli bir şekilde yapışan, hızla değiştirilebilen yeni bir yapıştırıcı geliştirdiler. Malzeme robotik, sağlık ve ıslak nesnelerin montajı ve manipüle edilmesi için imalatta kullanım bulabilir.
Su altında çalışan yapıştırıcıların yapılması zordur. Bunun nedeni, kuru ortamlarda yapışmaya aracılık eden hidrojen bağları ve van der Waals ve elektrostatik kuvvetlerin suda çok daha az etkili olmasıdır. Bununla birlikte, hayvanlar dünyası, nemli koşullarda çok sayıda güçlü yapışma örneği içerir: midyeler, ıslak yüzeylere yapışacak yapışkan bir plak oluşturarak özel yapışkan proteinler salgılarlar; kurbağalar, kılcal ve hidrodinamik kuvvetleri harekete geçirmek için sıvıyı yapılandırılmış ayak pedleri aracılığıyla yönlendirir; ve ahtapot gibi kafadanbacaklılar, emme yoluyla yüzeylere yapışmak için emiciler kullanır.
Güçlü yapışkan bağ
Kafadanbacaklı tutucular, su altında nesneleri tutmakta özellikle iyidir. Örneğin ahtapotların av gibi nesneleri kavrayabilen emicilerle kaplı sekiz uzun kolu vardır. Bir tesisatçı pistonunun ucu gibi şekillendirilen emiciler, bir nesneye yapışır ve kırılması zor olan güçlü bir yapışkan bağ oluşturur. Çalışma ekibi lideri, "Yapışma hızla etkinleştirilebilir ve serbest bırakılabilir" diye açıklıyor Michael Barlett, "ve ahtapot, çeşitli kimyasal ve mekanik sensörlerden gelen bilgileri işleyerek sekiz kolda 2000'den fazla emiciyi kontrol ediyor."
Gerçekten de, bir ahtapotun algılama aygıtı, gözlerini kullanan bir foto-alma sisteminden oluşur; sıvı akışını, basıncını ve temasını algılayan mekanoreseptörler; ve kemoresepsiyon dokunsal sensörler. Her emici, yapışmayı etkinleştirmek veya serbest bırakmak için bağımsız olarak kontrol edilir - sentetik yapıştırıcılarda bulunmayan bir şey.
Yeni Virginia Tech ahtapottan ilham alan yapıştırıcı, yapışmayı kontrol etmek için gerilebilir, pnömatik olarak çalıştırılan bir elastomer membran ile kapatılmış bir silikon elastomer saptan oluşur. Sap, 3D baskı kalıpları ile yapılır ve daha sonra silikon elastomer dökülür ve sertleştirilir. Yapışkan eleman, aktif zarın şeklini kontrol etmek için pozitif, nötr ve negatif basınç sağlayan bir basınç kaynağına bağlanır.
Bartlett, "Bu tasarım, yapışmayı 450 ms'den daha kısa bir sürede açık durumdan kapalı duruma 50 kez değiştirmemizi sağlıyor" diyor. "Bu yapışkan elemanları, bir nesnenin ne kadar yakın olduğunu algılayan bir dizi mikro-LIDAR optik yakınlık sensörüyle sıkı bir şekilde entegre ettik."
Araştırmacılar daha sonra gerçek zamanlı nesne algılama ve yapışma kontrolü için emicileri ve LIDAR'ı bir mikro denetleyici aracılığıyla bağladılar.
Sentetik emiciler ve sensörler içeren eldiven
Su altında, bir ahtapot kollarını nesnelerin etrafına sarar ve vantuzlarını kullanarak kayalar, düz deniz kabukları ve sert midyeler gibi çeşitli yüzeylere yapışabilir. Bartlett ve meslektaşları, birbirine sıkıca entegre edilmiş sentetik emiciler ve sensörler içeren bir eldiven yaparak bunu taklit ettiler. Octa-glove olarak adlandırılan bu cihaz, su altında farklı şekillerdeki nesneleri algılayabiliyor. Bu, nesnenin manipüle edilebilmesi için yapıştırıcıyı otomatik olarak tetikler.
Bartlett, "Yumuşak, duyarlı yapışkan malzemeleri gömülü elektroniklerle birleştirerek nesneleri sıkıştırmak zorunda kalmadan kavrayabiliriz" dedi. “Islak veya su altı nesnelerini tutmayı çok daha kolay ve daha doğal hale getiriyor. Elektronikler, yapışmayı hızlı bir şekilde etkinleştirebilir ve serbest bırakabilir. Elinizi bir nesneye doğru hareket ettirin ve eldiven kavrama işini yapar. Tüm bunlar, kullanıcı tek bir düğmeye basmadan yapılabilir.”
Kafadanbacaklıların gelişmiş manipülasyonunu, algılamasını ve kontrolünü taklit eden bu yeteneklerin, sualtı kavrama için yumuşak robotik alanında, kullanıcı destekli teknolojiler ve sağlık hizmetlerinde ve ıslak nesnelerin montajı ve manipüle edilmesi için üretimde uygulamalar bulabileceğini söylüyor. Fizik dünyası.
Birkaç kavrama modu
Ahtapottan ilham alan yapıştırıcı yaraları iyileştirebilir
Deneylerinde, araştırmacılar birkaç kavrama modunu test ettiler. Hassas, hafif nesneleri işlemek için tek bir sensör kullandılar ve düz nesneleri, metal oyuncakları, silindirleri, bir kaşık ve bir ultra yumuşak hidrojel topunu hızla alıp bırakabileceklerini keşfettiler. Daha sonra sensörleri, birden fazla sensörün etkinleştirildiği şekilde yeniden yapılandırarak, tabak, kutu ve kase gibi daha büyük nesneleri kavrayabilirler.
Virginia Tech ekibi, çalışmalarını rapor ediyor Bilim Gelişmeler, hem ahtapotun yapışmayı nasıl kontrol ettiği hem de su altındaki nesneleri nasıl manipüle ettiği hakkında öğrenilecek daha çok şey olduğunu söylüyor. Bartlett, "Doğal sistemi daha iyi anlayabilirsek, bu daha gelişmiş biyo-ilhamlı, mühendislik sistemleri oluşturmamıza olanak sağlayacaktır" diyor.
