Robotikas nākotne: mīkstie materiāli maina tehnoloģiju!

Robotikas nākotne: mīkstie materiāli maina tehnoloģiju!

Robotu tehnoloģija pēdējo desmitgažu laikā ir strauji attīstījusies. Parādās novatoriska tendence, kas maina mīksto materiālu izmantošanu robotikā. Tērauda un alumīnija vietā mūsdienu mīkstie roboti paļaujas uz viskoelastīgiem polimēriem, kuriem piemīt gan elastīgas, gan viskozas īpašības. Šie materiāli atšķirīgi reaģē uz spēku, un mehāniskā uzvedība ir atkarīga no slodzes ilguma un ātruma, piemēram Štutgartes Universitāte sazinās.

Viskoelastīgie polimēri paver jaunas dizaina iespējas robotiem, padarot tos elastīgākus un pielāgojamākus. Ātri noslogojot, tie uzrāda elastīgu izturēšanos, savukārt lēnāku kustību laikā tie attīsta viskozākas īpašības. Šo materiālu izstrāde ir saistīta ar nepieciešamību izveidot strukturālus projektus milimetru mērogā. Pētniekiem ir arī jāsaprot robeža starp viskoelastīgo deformāciju un mehānisko nestabilitāti, lai realizētu mērķtiecīgi izstrādātas struktūras, kas pazīstamas kā mehāniskie metamateriāli.

Mīkstā revolūcija

Mīksto robotu izstrāde ir daļa no lielākas "mīkstās revolūcijas", kas ietekmē gan robotiku, gan elektroniku. Šī jaunā tehnoloģija varētu piedāvāt izšķirošas priekšrocības cilvēka un datora mijiedarbībā, jo roboti, kas balstās uz mīkstiem materiāliem, var labāk mijiedarboties ar savu vidi un cilvēkiem. Īpaši daudzsološa ir tādu materiālu kā hidrogēlu izmantošana, kas saista ūdeni polimēru tīklos. Tie piedāvā dabā zināmas īpašības, piemēram, smadzeņu audu maigumu vai cīpslu stingrību, ziņo. Johannesa Keplera universitāte.

Pētnieki, piemēram, Kristofs Keplingers no JKU, strādā pie muskuļu imitācijas izpildmehānismiem un ir guvuši panākumus pašatveseļošanās mehānismos. Šīs tehnoloģijas ļauj izstrādāt mākslīgo ādu, kas aprīkota ar sensoriem, kas nosaka jutību, temperatūru un mitrumu.

Mīkstie materiāli biomedicīnas kontekstā

Mīksto materiālu potenciāls attiecas arī uz biomedicīnu. Viņiem varētu būt galvenā loma mākslīgo ekstremitāšu un orgānu attīstībā, nodrošinot mehānisku atbalstu un nodrošinot jaunas diagnostikas ierīces. Izmantojot biomimētiskos hidrogēla elektronikas un robotikas sistēmas, var ievērojami samazināt traumu risku, īpaši katastrofu situācijās.

Eiropas Pētniecības padome jau ir ieguldījusi 1,5 miljonus eiro pētniecībā par šīm tēmām. Notikumi attīstās ātri, un 21. gadsimts varētu ieiet vēsturē kā mīksto vielu laikmets, piemēram, šis Maincas universitātes žurnāls nosaka.

Akadēmiskā apmācība mīksto materiālu jomā

Lai atbalstītu šo tendenci, Maincas Johannesa Gūtenberga universitātē un Darmštates Tehniskajā universitātē tika uzsākta starptautiskā maģistra programma “Mīkstās vielas un materiāli”. Programma sākās 2023./2024. gada ziemas semestrī, un tajā tiek ievērota starpdisciplināra pieeja, kas apvieno ķīmiju, fiziku, materiālu zinātni un matemātiku. Profesori, piemēram, Regīna fon Klicinga un Sebastians Seiferts, vada programmu, kas tiek pasniegta tikai angļu valodā, lai piesaistītu starptautiskus studentus.

Šis kurss varētu veicināt ne tikai jauno zinātnieku un inženieru apmācību, bet arī veicināt sadarbību ar Reinas-Mainas reģiona rūpniecību, kas aktīvi iesaistās pētniecībā mīksto materiālu jomā. Tas liek pamatu inovatīviem risinājumiem, kas var pārvarēt gan tehnoloģiskas, gan sociālas problēmas.