Sualtı eldiveni, ahtapotların yeteneklerini insanların erişimine sunuyor – ScienceDaily

İnsanlar doğal olarak su altı ortamında büyümeye uygun değildir. Nefes almak için tanklar, vücudumuzu korumak ve ısıtmak için neopren giysiler ve net görmek için gözlük kullanıyoruz. Böyle bir ortamda insan eli de nesneleri tutmak için yeterli donanıma sahip değildir. Pırıl pırıl bir balığı tutmaya çalışan herkes, karada yaşayan parmaklarımızla su altındaki nesneleri yakalamanın zor olduğunu onaylayacaktır.

Makine Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı doçent olan Bartlett, “Bunun bir yükümlülük haline geldiği kritik zamanlar vardır” dedi. “Doğa zaten bazı harika çözümlere sahip, bu yüzden ekibimiz fikir almak için doğal dünyaya baktı. Ve ahtapot ilham almak için bariz bir seçim haline geldi.”

Kurtarma dalgıçları, sualtı arkeologları, köprü mühendisleri ve kurtarma ekipleri, insanları ve nesneleri sudan çıkarmak için ellerini kullanır. Kaygan nesneleri daha az kavrayan insan elleri daha fazla güce başvurmak zorundadır ve bir demir yumruk bazen bu süreçleri tehlikeye atabilir. Nazik bir dokunuş gerektiğinde ellerinizi su için yapmanız faydalı olacaktır.

Bunlar, Bartlett ve diğer araştırmacılarının oluşturmaya çalıştığı takviyelerdir. Yumuşak Malzemeler ve Yapılar Laboratuvarı’ndaki ekibi, biyolojik çözümleri yumuşak malzemelerden ve robotlardan oluşan yeni teknolojilere uyarladı.

Yapışma gücünden ilham aldı

Ahtapot, su ortamında sayısız nesneyi tutabilen sekiz uzun kolla donatılmış, gezegendeki en eşsiz yaratıklardan biridir. Pratik aletler ve zekanın güzel bir bütünleşmesiyle, bu kollar bir deniz hayvanının kas-iskelet ve sinir sistemleri tarafından kontrol edilen bir emzikle kaplıdır.

Bir pistonun ucu şeklinde şekillendirilen her emzik, güçlü bir kavrama kapasitesine katkıda bulunur. Kapatma makinesinin geniş dış kenarı bir nesne ile yapıldıktan sonra, kaslar, basıncı artırmak ve serbest bırakmak için kenarın arkasındaki içbükey alanı kasılır ve gevşetir. Birden fazla pipet dahil olduğunda, kaçması zor olan güçlü bir yapışkan bağ oluşturur.

Bartlett, “Ahtapot’a baktığımızda, yapıştırıcının kesinlikle dışarı çıktığını, hızlı bir şekilde harekete geçtiğini ve istendiğinde yapışkanlık bıraktığını görüyoruz.” Dedi. “İlginç olan, ahtapotun çeşitli kimyasal ve mekanik sensörlerden gelen bilgileri işleyerek sekiz kolda 2.000’den fazla lolipopu kontrol etmesidir. Ahtapot, yapışkanlık ayarını, algılamayı ve su altı nesnelerinin manipülasyonunu gerçekten birleştirir.”

İlhamı eyleme geçirmek

Eldivenlerini tasarlamak için araştırmacılar pipetleri yeniden tasarlamaya odaklandılar: yumuşak, harekete geçirilmiş zarlarla uyumlu kauçuk gövdeler. Tasarım, ahtapot emici ile aynı işlevi yerine getirmek üzere yaratılmıştır – hafif basınçla nesnelerin güvenilir bir şekilde bağlanmasını etkinleştirir ve düz ve kavisli yüzeylere yapışmak için idealdir.

Yapışma mekanizmalarını geliştirdikten sonra, nesneleri algılamak ve yapışmayı teşvik etmek için bir eldiven yoluna da ihtiyaçları vardı. Bu amaçla, bir nesnenin ne kadar yakın olduğunu algılayan bir dizi küçük LIDAR optik yakınlık sensörü ekleyen Nebraska-Lincoln Üniversitesi’nden Doçent Eric Markvika’yı getirdiler. Daha sonra pipetler ve LIDAR, algılama nesnesini emzik ile eşleştirmek için bir mikro denetleyici aracılığıyla bağlandı, böylece ahtapotun sinir ve kas sistemini simüle etti.

Enayileri devreye sokmak için sensörlerin kullanılması da sistemi uyarlanabilir hale getirir. Doğal ortamda ahtapot, kollarını kayalarda ve yüzeylerde kayaların etrafına sarar, pürüzsüz kabuklara ve sert midyelere yapışır. Araştırma ekibi ayrıca, insanlara doğal görünen ve bir ahtapot gibi farklı şekil ve boyutlara uyum sağlayarak, nesneleri zahmetsizce toplamalarına izin veren bir şey istedi. Çözümleri, su altında birçok farklı şekli yakalayan giyilebilir sistemlerin bir uyumu olan sentetik pipetler ve sensörlerin birbirine sıkıca kaynaşmış olduğu bir eldivendi. Ona Octa-eldiven dediler.

Bartlett, “Yumuşak, duyarlı yapıştırıcıları gömülü elektroniklerle entegre ederek, nesneleri üzerlerine baskı uygulamak zorunda kalmadan kavrayabiliriz” dedi. “Islak veya su altındaki nesneleri tutmayı çok daha kolay ve daha doğal hale getiriyor. Elektronik cihazlar çubuğu hızlı bir şekilde etkinleştirebilir ve bırakabilir. Elinizi bir nesneye doğru hareket ettirin ve eldiven, onu tutma işini yapar. Tüm bunlar, çubuk olmadan yapılabilir. kullanıcı tek bir düğmeye basıyor.” .

eldiven giy

Test sırasında, araştırmacılar birkaç farklı tutma pozisyonu denediler. Hassas ve hafif nesneleri işlemek için tek bir sensör kullandılar. Düz nesneleri, metal oyuncakları, silindirleri, bir kaşığın çift kavisli kısmını ve süper pürüzsüz bir hidrojel topunu hızla alıp bırakabileceklerini keşfettiler. Nesneleri algılamak için tüm sensörleri kullanmak üzere sensör ağını yeniden yapılandırarak, tabak, kutu ve kase gibi daha büyük nesneleri de yakalayabildiler. Sert ve yumuşak malzemelerden oluşan düz, silindirik, dışbükey ve küresel nesneler, kullanıcılar nesneyi ellerini kapatarak tutmasalar bile yapıştırılır ve kaldırılır.

Doktora sonrası araştırmacı Ravi Tutika, “Bu yetenekler, kafadanbacaklıların gelişmiş işleme, algılama ve kontrolünü simüle ediyor ve çeşitli su altı nesnelerini güvenilir bir şekilde işleyebilen su altı yapışkan sentetik deriler için bir platform sağlıyor” dedi. “Bu kesinlikle doğru yönde atılmış bir adım, ancak doğanın tam potansiyeline ulaşmadan önce ahtapotlar ve entegre yapıştırıcıların nasıl yapılacağı hakkında öğrenilecek çok şey var.”

Geleceğe bakıldığında, araştırmacılar eldivenin sualtı kavrama için yumuşak robotikte, kullanıcı destekli teknolojiler ve sağlık hizmetlerindeki uygulamalarda ve ıslak nesneleri toplamak ve işlemek için üretimde rol oynadığını düşünüyorlar.

Bu çalışma, Virginia Tech, Iowa Eyalet Üniversitesi ve Nebraska-Lincoln Üniversitesi’nden temsilciler Sean Frey, ABM Tahidul Haque, Elizabeth Krotz, Cole Haverkamp ve Chanhong Lee ile yapıldı. Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı tarafından Geleceğimizi Değiştirmek ve Geliştirmek için Materyal Tasarımı Programı aracılığıyla desteklendi.

video: https://youtu.be/JqLJG5XnUKI