ساخت ربات برای نظارت دقیق بر محیط زیست

محققان ایتالیایی یک ربات نرم زیست تخریب پذیر جدید با چاپ 4 بعدی ساخته اند که در پاسخ به رطوبت تغییر شکل می دهد و می تواند در خاک حرکت کند.

به گزارش تکناک، این دستگاه به عنوان روشی جدید برای نظارت بر محیط زیست پتانسیل بالایی دارد.

پرینت 4 بعدی فرآیند استفاده از پرینت سه بعدی برای ایجاد اشیایی است که می توانند شکل یا خواص خود را در پاسخ به عوامل محیطی مانند نور و دما تغییر دهند. این فناوری قبلاً برای ایجاد فناوری های مواد خود مونتاژ و قابل برنامه ریزی استفاده می شد.

در حال حاضر، از فناوری 4 بعدی برای ایجاد یک ربات نرم با قابلیت تجزیه و تحلیل خاک استفاده شده است. محققان در Istituto Italiano di Tecnologia در جنوا با الهام از ساختار بذر شمعدانی آفریقای جنوبی (Pelargonium appendiculatum) که در پاسخ به رطوبت محیط تغییر شکل می دهد، اولین ربات بذری زیست تخریب پذیر را ساختند.

باربارا ماتزولای، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: مطالعات ما از مشاهده طبیعت با هدف تقلید از استراتژی‌های موجودات زنده یا ساختار آنها و تکرار آنها در فناوری‌های روباتیکی که اثرات زیست محیطی کمی از نظر انرژی و آلودگی دارند، آغاز شد.

بذرهای خانواده گیاهان گلدار Gerianaceae که شامل گل شمعدانی می شود، با جدا شدن از گیاه اصلی در شرایط محیطی مناسب، از خواص رطوبت سنجی (فعال شده با رطوبت) خود استفاده می کنند. پس از جدا شدن، این بذر ها تغییر شکل داده و به طور مستقل در خاک نفوذ می کنند و شانس جوانه زنی را افزایش می دهند.

پس از بررسی کامل ساختار و بیومکانیک بذر طبیعی، محققان آن را با استفاده از ترکیبی از تکنیک های چاپ سه بعدی و الکتروریسی تکرار کردند. الکتروریسی روشی برای تولید الیاف است که از نیروی الکتریکی برای کشیدن پلیمرهای باردار استفاده میشود تا قطر الیاف، به چند صد نانومتر برسد.

محققان از مدل‌سازی رسوب جوش داده شده (FDM) برای چاپ یک لایه بستر متشکل از پلی‌کاپرولاکتون (PCL)، که یک پلی‌استر ترموپلاستیک زیست تخریب‌پذیر است استفاده کردند. این لایه با استفاده از پلاسمای اکسیژن، فعال می‌شد تا جذب آب بیشتری داشته باشد و آب دوست شود. سپس الیاف حساس به رطوبت الکتروریسی شده متشکل از یک پوسته پلی اتیلن اکسید و یک هسته نانوکریستال سلولز را به لایه بستر اضافه می شود.

در آزمایش، ربات نرم یک نمونه خاک را کاوش کرد و شکل خود را برای تعامل با زبری و شکاف خاک تطبیق داد. این robot (mechanical or virtual artificial agent carrying out physical activities, which can be guided by an external control device or the control may be embedded within) از نظر انرژی بسیار کارآمد بود و می توانست حدود 100 برابر وزن خود را بلند کند.

ویدئوی زیر که توسط Istituto Italiano di Tecnologia تهیه شده است، نشان می دهد که چگونه دانه ربات در طول آزمایش به خاک واکنش نشان می دهد.

به گفته محققان، این ربات راه جدیدی برای نظارت آرام محیط زیست ارائه می دهد.

مازولای گفت: با این تحقیقات اخیر، ما بیشتر ثابت کردیم که امکان ایجاد راه حل های نوآورانه ای وجود دارد که نه تنها هدفشان نظارت بر رفاه سیاره ما باشد، بلکه این کار را بدون تغییر آن انجام می دهد.

محققان امیدوارند که هزینه کم، طراحی ساده و قابلیت جمع آوری داده توسط دستگاه به ویژه در مناطق دورافتاده مفید است.

لوکا چکینی، نویسنده اول این مطالعه گفت: این ربات‌ های زیست تخریب‌پذیر و مستقل از انرژی به عنوان ابزار بی‌سیم و بدون باتری برای اکتشاف و پایش خاک سطحی استفاده خواهند شد. این رویکرد الهام‌گرفته از طبیعت به ما این امکان را می‌دهد که ابزارهای کم‌هزینه‌ای ایجاد کنیم که می‌توانند برای جمع‌آوری داده‌های در محل با وضوح مکانی و زمانی بالا، به‌ویژه در مناطق دورافتاده که هیچ داده نظارتی در دسترس نیست، استفاده کنیم.