Skupina kalifornijskih raziskovalcev je razvila robotsko prijemalo, ki združuje prijemalne sposobnosti gekonovih prstov, in prilagodljivost mehkih robotov na zrak, kar jim omogoča prijemanje veliko večjega spektra objektov, kot je bilo mogoče do sedaj.
Raziskovalci so svoje odkritje predstavili na mednarodni konferenci za robotiko in avtomatiko 2018 v mestu Brisbane v Avstraliji. Prijemalo lahko dvigne predmete, ki tehtajo do dobrih 20 kg, uporabilo pa naj bi se ga za prijemanje objektov v različnih okoljih, vse od tovarniških proizvodnih linij, do mednarodne vesoljske postaje.
Gekoni so zaradi svojega odličnega mehanizma pritrjevanja na podlago, ki se nahaja na njihovih prstih, že dolgo poznani kot najboljši plezalci v naravi. V preteklih raziskavah so raziskovalci na Sanfordski univerzi in laboratoriju za reaktivni pogon poustvarili ta mehanizem s sintetičnim materialom, tako imenovanim gekonovim adhezivom. Uporaben je bil predvsem na ravnih podlagah, na primer na zidovih. Pri zadnji raziskavi pa so se jim pridružili inženirji univerze v San Diegu. Ekipa je prekrila mehka robotska prijemala z omenjenim gekonovim adhezivom, kar jim odslej omogoča boljše prijemanje najrazličnejših predmetov, od skodelic do cevi, ob tem pa lahko še vedno pobira tudi težke in grobe predmete, recimo kamenje. Zaradi svoje prilagodljivosti lahko predmete pobira tudi pod različnimi koti.
Raziskovalci so pokazali, da lahko prijemalo zgrabi grobe, porozne in umazane vulkanske kamne, kar je bilo do sedaj brez uporabe gekonovega adheziva zelo velik izziv. Prav tako pa je lahko tako opremljen robot dviga velike okrogle cevi, kar je bilo do sedaj z mehkimi robotskimi prijemali zelo težko.
»Opazili smo, da se mehka prijemala in gekonov adheziv zelo dobro dopolnjujejo.« Je dejal Paul Glick, prvi avtor članka, doktorski študent naravno navdihnjene robotike na univerzi v San Diegu.
Gekon je med najboljšimi plezalci v naravi, zahvaljujoč milijonom dlačic, ki mu omogočajo plezanje po skoraj katerikoli podlagi. Konice dlačic se končajo z malimi nanostrukturami, ki se na atomskem nivoju prilagodijo molekulam podlage po kateri gekon pleza. Pri tem izkorišča Van der Vaalsovo silo na nivoju atoma, ki mu omogoča, da enostavno prilepi ali odlepi svoje prste od podlage. Raziskovalci so uporabili podobne sintetične materiale z enako razporeditvijo nanostruktur za izkoriščanje Van der Vaalsove sile in dokazali, da ti materiali ohranijo večino lastnosti živali, ki jih je navdihnila.
Ker gekonovi adhezivi delujejo preko molekularnih interakcij s podlago, je ključnega pomena za oprijem to, da je površina predmeta v stiku s prijemalom. Gekonovi adhezivi dosežejo najboljši oprijem prav z uporabo mehkih prijemal, ki se pod pritiskom deformirajo in povečajo površino, ki je v stiku s predmetom.
Raziskovalci so poskusili rešiti dva problema. Najprej so morali narediti prijemalo, ki bi bilo v stalnem stiku s podlago poljubnega predmeta. Pogost problem mehkih prijemal na zrak je, da se na sredini izbočijo, kar zmanjšuje stično površino med prijemalom in predmetom.
Paul Glick pa je v arhivih našel študijo iz leta 1970, v kateri so bile vse enačbe, ki so jih potrebovali za reševanje tega problema v fazi načrtovanja. To je raziskovalcem omogočilo konstrukcijo prijemal z enakomerno porazdelitvijo sil po celotni dolžini.
Drugi problem, ki so ga morali rešiti, pa je bila porazdelitev sil prek površin, ki niso ravne, saj te gekonovim adhezivom predstavljajo največjo oviro. Raziskovalci so odkrili način porazdelitve sil preko mehkega in fleksibilnega prijemala, pri čemer so ohranili natančnost proizvodnje, ki jo zahtevajo gekonovi adhezivi.
To so dosegli z uporabo močne tkanine, ki se z lahkoto upogiba, ne pa tudi razteza. S tem je mogoče dvigovanje tudi večjih bremen. Prsti prijemala so pritrjeni na trdo podlago, kar preprečuje, da bi se silikon prekomerno raztegnil. Ta kombinacija mehkega in trdega materiala prijemala pomaga prijemalu, da se prilagodi različnim predmetom in da prenese velike obremenitve.
Gekonove adhezive izdelajo v treh korakih. Originalni kalup za adheziv z milijoni nanostruktur naredijo v čistem laboratoriju s fotolitografskim postopkom. Potem lahko izdelajo kopije tega kalupa iz voska, ki je precej cenejši. Na sredino voskastega kalupa dodajo ustrezno količino materiala, nato pa celoten kalup zavrtijo zelo hitro. Centrifugalna sila poskrbi za enakomerno tanko razporeditev materiala po kalupu. Tako lahko ustvarijo do 20 adhezivnih lističev na uro, mehko robotsko prijemalo pa v 3D tiskane kalupe vlijejo iz silikonske gume.
Naslednja dva koraka v tej raziskavi sta razvoj algoritmov za prijemanje predmetov tako, da je površina prijemala maksimalno izkoriščena in raziskovanje uporabnosti prijemala za aplikacije pri nični gravitaciji in v vesolju.
Povzeto po: https://www.rdmag.com/news/2018/04/gecko-inspired-adhesives-help-soft-robotic-fingers-get-better-grip
www.rdmag.com
