Στον τομέα της ρομποτικής, υπάρχει διαχρονικά μια αντίθεση ανάμεσα στην αυστηρή και αμετάβλητη δύναμη των μηχανών και στην κομψότητα των φυσικών κινήσεων. Ενώ οι ρομποτικές συσκευές είναι ικανές να σηκώσουν τεράστιες ποσότητες βάρους, τείνουν συχνά να υστερούν σε λεπτότητα και ευελιξία, τα οποία είναι κύρια χαρακτηριστικά του ανθρώπινου σώματος. Ωστόσο, μία νέα εξέλιξη από το MIT προβαίνει σε μια καινοτόμο προσέγγιση που γεφυρώνει αυτό το χάσμα, αφαιρώντας ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα της μηχανικής: πώς να συνδυαστούν τα σκληρά με τα μαλακά χωρίς να σπάσει ο δεσμός.
Η έρευνα δεν αφορά μόνο την εξέλιξη υλικών, αλλά και μια ριζική μεταμόρφωση στον τρόπο που σχεδιάζουμε τις μηχανές του μέλλοντος. Οι ερευνητές του MITέχουν δημιουργήσει τεχνητούς τένοντες που μιμούνται την ανθρώπινη ανατομία, επιτρέποντας τη σύνδεση των μαλακών τεχνητών μυών με τους σκληρούς σκελετούς των ρομπότ.
Η «Αχίλλειος Πτέρνα» της Ρομποτικής
Η Soft Robotics υπόσχεται ρομπότ πιο ασφαλή για τους ανθρώπους, ικανά να αλληλεπιδρούν με ευαίσθητα αντικείμενα. Το βασικό υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των τεχνητών μυών είναι τα υδροτζέλ, πολυμερή που η συνταγή τους περιλαμβάνει κυρίως νερό, τα οποία είναι ελαστικά και γλιστερά.
Μέχρι στιγμής, το κύριο πρόβλημα ήταν η σύνδεση αυτών των υλικών με τα σκληρά εξαρτήματα (σkeleton) του ρομπότ.
- Οι κόλλες απέτυχαν, καθώς δεν ήταν ικανές να συγκρατήσουν τα υγρά και γλιστερά υλικά.
- Οι μηχανικές ενώσεις (βίδες, καρφιά) προκαλούσαν φθορά και σχίσιμο στα σημεία επαφής, οδηγώντας σε γρήγορη καταστροφή του «μυός».
Το αποτέλεσμα ήταν ρομπότ που είτε ήταν εξαιρετικά εύθραυστα για πραγματική εργασία είτε έχαναν την ελαστικότητα τους στα σημεία ένωσης.
Η λύση της Φύσης: Ξεπερνώντας την απλή συγκόλληση
Η ερευνητική ομάδα του MIT απευθύνθηκε στη φύση, η οποία είναι ο καλύτερος μηχανικός που έχουμε. Στο ανθρώπινο σώμα, οι μύες δεν κολλάνε απλά στα κόκαλα. Συνδέονται μέσω τενόντων, που λειτουργούν ως μια σταδιακή μετάβαση από τον μαλακό μυϊκό ιστό στο σκληρό οστό, δημιουργώντας μια μόνιμη αλυσίδα.
Ακολουθώντας αυτή την προσέγγιση, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο όπου η ένωση των υλικών δεν γίνεται επιφανειακά, αλλά μοριακά.
Πώς λειτουργεί η νέα τεχνολογία
Η καινοτομία έγκειται στη διαδικασία προετοιμασίας του σκελετού του ρομπότ. Αντί να προσπαθούν να κολλήσουν τον μυ στον σκελετό, οι επιστήμονες:
- Τροποποιούν τον σκελετό: Χρησιμοποιούν σκελετό εκτυπωμένο τρισδιάστατα από ειδικό πολυμερές.
- Χημική Επεξεργασία: Ο σκελετός υποβάλλεται σε χημική κατεργασία με βενζοφαινόνη, δημιουργώντας μια κολλώδη επιφάνεια σε μοριακό επίπεδο.
- Συγχώνευση: Όταν το υδροτζέλ τοποθετείται πάνω στον επεξεργασμένο σκελετό, τα πολυμερή της υδρογέλης εισχωρούν στο δίκτυο του σκελετού.
Έτσι, ο μυς και το οστό δεν ενώνονται απλά, αλλά γίνονται ένα σώμα στο σημείο επαφής, όπως συμβαίνει και στους βιολογικούς οργανισμούς. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί έναν εξαιρετικά ανθεκτικό δεσμό που δεν ξεφλουδίζει και δεν σπάει υπό πίεση.
Η επίδραση αυτής της καινοτομίας
Η σημασία αυτής της εξέλιξης εκτείνεται πολύ πέρα από τα εργαστήρια του MIT. Η δυνατότητα δημιουργίας ισχυρών δεσμών μεταξύ μαλακών και σκληρών υλικών ανοίγει νέες προοπτικές σε πολλούς τομείς:
1. Επόμενη Γενιά Προσθετικής
Τα τωρινά τεχνητά μέλη είναι λειτουργικά αλλά άκαμπτα. Η νέα τεχνολογία επιτρέπει τη δημιουργία προσθετικών μελών που κινούνται με τη φυσικότητα ενός ανθρώπινου χεριού ή ποδιού, απορροφώντας κραδασμούς και προσφέροντας μεγαλύτερη άνεση στο χρήστη.
2. Βιομηχανικά Ρομπότ Συνεργασίας (Cobots)
Στα εργοστάσια, οι ρομποτικές μηχανές πρέπει συχνά να είναι απομονωμένες για την ασφάλεια των εργαζομένων. Χρησιμοποιώντας τεχνητούς μύες που αντέχουν σε καταπονήσεις, μπορούμε να έχουμε ρομπότ που εργάζονται δίπλα στους ανθρώπους, ικανά να σηκώνουν βάρη αλλά και να προσαρμόζονται μαλακά σε τυχόν επαφές.
3. Ρομπότ Εξερεύνησης
Φανταστείτε ρομπότ που μπορούν να συμπιέζονται για να περάσουν από στενά περάσματα κατά τη διάρκεια σεισμών ή εξερεύνησης σπηλαίων, χωρίς τον κίνδυνο αποσύνθεσης λόγω τριβής.
Ανθεκτικότητα που εκπλήσσει
Τα πειραματικά αποτελέσματα που ελήφθησαν από την ομάδα του MIT ήταν αποκαλυπτικά. Οι νέοι σύνδεσμοι αποδείχθηκαν εξαιρετικά ανθεκτικοί στην κόπωση. Ακόμα και μετά από χιλιάδες κύκλους κίνησης και έντονης καταπόνησης, η ένωση μεταξύ του τεχνητού μυός και του σκελετού παρέμεινε ανέπαφη. Ενδεικτικά, σε πολλές περιπτώσεις, το ίδιο το υλικό του υδροτζέλ αποτυγχάνει προτού αποτύχει η ένωση με το οστό, καταδεικνύοντας ότι ο «τένοντας» είναι πλέον το πιο ισχυρό σημείο της κατασκευής.
