Το μέλλον της ρομποτικής: Τα μαλακά υλικά φέρνουν επανάσταση στην τεχνολογία!

Το μέλλον της ρομποτικής: Τα μαλακά υλικά φέρνουν επανάσταση στην τεχνολογία!

Η τεχνολογία ρομπότ έχει αναπτυχθεί ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες. Εμφανίζεται μια καινοτόμος τάση που φέρνει επανάσταση στη χρήση μαλακών υλικών στη ρομποτική. Αντί για χάλυβα και αλουμίνιο, τα σύγχρονα μαλακά ρομπότ βασίζονται σε ιξωδοελαστικά πολυμερή, τα οποία έχουν τόσο ελαστικές όσο και ιξώδεις ιδιότητες. Αυτά τα υλικά ανταποκρίνονται διαφορετικά στη δύναμη, με τη μηχανική συμπεριφορά να εξαρτάται από τη διάρκεια και την ταχύτητα του φορτίου, όπως π.χ. Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης επικοινωνεί.

Τα ιξωδοελαστικά πολυμερή ανοίγουν νέες δυνατότητες σχεδιασμού για τα ρομπότ καθιστώντας τα πιο ευέλικτα και προσαρμόσιμα. Όταν υποβάλλονται σε γρήγορη φόρτιση, παρουσιάζουν ελαστική συμπεριφορά, ενώ κατά τις πιο αργές κινήσεις αναπτύσσουν πιο ιξώδεις ιδιότητες. Η ανάπτυξη αυτών των υλικών έρχεται με την ανάγκη δημιουργίας δομικών σχεδίων σε κλίμακες χιλιοστών. Οι ερευνητές πρέπει επίσης να κατανοήσουν το όριο μεταξύ της ιξωδοελαστικής παραμόρφωσης και της μηχανικής αστάθειας για να πραγματοποιήσουν σκόπιμα σχεδιασμένες δομές γνωστές ως μηχανικά μεταϋλικά.

Η μαλακή επανάσταση

Η ανάπτυξη μαλακών ρομπότ είναι μέρος μιας μεγαλύτερης «μαλακής επανάστασης» που επηρεάζει τόσο τη ρομποτική όσο και την ηλεκτρονική. Αυτή η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να προσφέρει αποφασιστικά πλεονεκτήματα στην αλληλεπίδραση ανθρώπου-υπολογιστή, καθώς τα ρομπότ που βασίζονται σε μαλακά υλικά μπορούν να αλληλεπιδράσουν καλύτερα με το περιβάλλον και τους ανθρώπους τους. Η χρήση υλικών όπως οι υδρογέλες, που δεσμεύουν το νερό σε δίκτυα πολυμερών, είναι ιδιαίτερα ελπιδοφόρα. Προσφέρουν ιδιότητες που είναι γνωστές από τη φύση, όπως η απαλότητα του εγκεφαλικού ιστού ή η σκληρότητα των τενόντων, αναφέρει Πανεπιστήμιο Johannes Kepler.

Ερευνητές όπως ο Christoph Keplinger στο JKU εργάζονται σε ενεργοποιητές μυομιμητικούς και έχουν σημειώσει πρόοδο στους μηχανισμούς αυτοθεραπείας. Αυτές οι τεχνολογίες επιτρέπουν την ανάπτυξη τεχνητού δέρματος εξοπλισμένου με αισθητήρες για απτικά, θερμοκρασία και υγρασία.

Μαλακά υλικά στο πλαίσιο της βιοϊατρικής

Οι δυνατότητες των μαλακών υλικών επεκτείνονται και στη βιοϊατρική. Θα μπορούσαν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην ανάπτυξη τεχνητών μελών και οργάνων παρέχοντας μηχανική υποστήριξη και επιτρέποντας νέες διαγνωστικές συσκευές. Η χρήση βιομιμητικών ηλεκτρονικών και ρομποτικών συστημάτων που βασίζονται σε υδρογέλη θα μπορούσε να μειώσει δραματικά τον κίνδυνο τραυματισμού, ειδικά σε καταστάσεις καταστροφής.

Το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας έχει ήδη επενδύσει 1,5 εκατομμύριο ευρώ σε έρευνα για αυτά τα θέματα. Οι εξελίξεις προχωρούν γρήγορα και ο 21ος αιώνας θα μπορούσε να μείνει στην ιστορία ως η εποχή της μαλακής ύλης, όπως αυτή Περιοδικό του Πανεπιστημίου του Μάιντς καθορίζει.

Ακαδημαϊκή εκπαίδευση στον τομέα των μαλακών υλικών

Για να υποστηρίξει αυτή την τάση, το διεθνές μεταπτυχιακό πρόγραμμα «Soft Matter and Materials» ξεκίνησε στο Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg στο Mainz και στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Darmstadt. Το πρόγραμμα ξεκίνησε το χειμερινό εξάμηνο 2023/2024 και ακολουθεί μια διεπιστημονική προσέγγιση που ενσωματώνει τη χημεία, τη φυσική, την επιστήμη των υλικών και τα μαθηματικά. Καθηγητές όπως ο Regine von Klitzing και ο Sebastian Seiffert ηγούνται του προγράμματος, το οποίο διδάσκεται εξ ολοκλήρου στα αγγλικά για να απευθύνεται σε διεθνείς φοιτητές.

Αυτό το μάθημα θα μπορούσε όχι μόνο να συμβάλει στην εκπαίδευση νέων επιστημόνων και μηχανικών, αλλά και να προωθήσει τη συνεργασία με τη βιομηχανία στην περιοχή του Ρήνου-Μάιν, η οποία συμμετέχει ενεργά στην έρευνα στον τομέα των μαλακών υλικών. Αυτό θέτει τα θεμέλια για καινοτόμες λύσεις που μπορούν να ξεπεράσουν τόσο τις τεχνολογικές όσο και τις κοινωνικές προκλήσεις.