اختصاصی شبکه علمی ثریا- دستکش‌هایی که زیر آب توانایی اختاپوس را برای انسان تداعی می کند و به عنوان عایق عمل می کند. تیمی از محققان ویرجینیا تک دستکشی با الهام از اختاپوس ابداع کرده‌اند که می‌تواند به‌طور ایمن اجسام را زیر آب بگیرد. انسان ها به طور طبیعی برای فعالیت در یک محیط زیر آب مجهز نیستند. ما از کپسول برای تنفس، لباس های نئوپرن برای محافظت و گرم کردن بدن خود و عینک برای دیدن واضح استفاده می کنیم. در چنین محیطی، دست انسان نیز برای نگه داشتن اشیاء ضعیف است. هرکسی که سعی کرده چیزی را در زیر آب نگه دارد، شهادت خواهد داد که گرفتن اشیاء زیر آب با انگشتان دشوار است. استادیار دپارتمان مهندسی مکانیک، می‌گوید: «زمان‌های حساسی وجود دارد که این به یک نقص تبدیل می‌شود. طبیعت در حال حاضر راه حل‌های عالی دارد، بنابراین تیم ما برای گرفتن ایده ها به دنیای طبیعی نگاه کرد. و در نهایت اختاپوس به یک انتخاب واضح برای الهام تبدیل شد.
بیشتر بخوانید: چکمه‌های هوشمند به کمک کادر درمان می‌آیند
غواصان نجات، باستان شناسان زیر آب، مهندسان پل و خدمه نجات همگی از دستان خود برای بیرون کشیدن افراد و اشیا از آب استفاده می کنند. دست‌های انسانی که توانایی کمتری برای نگه‌داشتن چیزهای لغزنده دارند، باید به استفاده از نیروی بیشتری متوسل شوند، و گاهی اوقات یک دستگیره آهنی می‌تواند این عملیات را با مشکل رو به رو کند. هنگامی که نیاز به لمس ظریف است، لازم است که دست‌هایی که برای آب طراحی شده‌اند استفاده شود. این همان زائده هایی است که بارتلت و همکارانش در پی ساختن آن بودند. تیم او در آزمایشگاه مواد و سازه‌های نرم، راه‌حل‌های بیولوژیکی را با فناوری‌های جدید ساخته‌شده از مواد نرم و روباتیک تطبیق دادند.
الهام گرفتن از چسبندگی قدرتمند
اختاپوس یکی از منحصربه‌فردترین موجودات روی کره زمین است که به هشت بازوی بلند مجهز است که می‌تواند چیزهای بی‌شماری را در یک محیط آبی بگیرد. در یک ترکیب زیبا از ابزارهای کاربردی و هوش، این بازوها با مکنده هایی پوشیده شده اند که توسط سیستم عضلانی و عصبی حیوان دریایی کنترل می شوند. هر مکنده، به شکل انتهای یک پیستون، یک توانایی قوی در قاپیدن دارد. پس از اینکه لبه بیرونی پهن مکنده یک جسم را گرفت، عضلات ناحیه پشت لبه را منقبض و منبسط می کنند تا فشار وارد و آزاد شود. هنگامی که بسیاری از مکنده ها درگیر می شوند، یک پیوند چسبنده قوی ایجاد می کند که به سختی می توان از آن فرار کرد. بارتلت می‌گوید: «وقتی به اختاپوس نگاه می‌کنیم،. چیزی که جالب است این است که اختاپوس با پردازش اطلاعات از حسگرهای شیمیایی و مکانیکی مختلف، بیش از 2000 مکنده را در هشت بازو کنترل می‌کند.
عملی کردن الهام
برای طراحی این دستکش ، محققان بر روی تجسم مجدد مکنده ها تمرکز کردند: ساقه های لاستیکی سازگار و پوشیده از غشاهای نرم و فعال. این طرح برای انجام همان عملکرد مکنده اختاپوس - فعال کردن یک اتصال قابل اعتماد به اجسام با فشار سبک ایجاد شده است که برای چسبیدن به سطوح صاف و منحنی ایده آل است. با توسعه مکانیسم های چسبنده ، آنها همچنین به راهی نیاز داشتند تا دستکش اشیا را حس کند و چسبندگی را تحریک کند. برای این کار آنها مجموعه‌ای از حسگرهای مجاورت نوری micro-LIDAR را اضافه کردند که میزان نزدیکی یک شی را تشخیص می‌دهد. مکنده ها و LIDAR از طریق یک میکروکنترلر به هم متصل شدند تا شی حسگر را با درگیری مکنده جفت کنند، بنابراین سیستم عصبی و عضلانی اختاپوس را تقلید می کنند.
بیشتر بخوانید: نسل جدید ربات‌ها با چشم‌هایی شبیه انسان
استفاده از سنسورها برای درگیر کردن مکنده ها نیز سیستم را سازگار می کند. در یک محیط طبیعی، یک اختاپوس بازوهای خود را به دور صخره‌ها و سطوح می‌پیچد و به پوسته‌های صاف و گودال‌ها متصل می‌شود. تیم تحقیقاتی همچنین چیزی می خواستند که برای انسان احساس طبیعی داشته باشد و به آنها اجازه دهد تا اشیاء را بدون زحمت بردارند و مانند اختاپوس با اشکال و اندازه های مختلف سازگار شوند. راه حل آنها دستکشی با مکنده های مصنوعی و حسگرهایی بود که به طور محکم با هم ادغام شده بودند، هارمونی از سیستم های پوشیدنی که اشکال مختلفی را در زیر آب می گیرند. اسمش را Octa-glove گذاشتند.
بیشتر بخوانید: شکار موجودات عجیب اقیانوسی با دوربین رباتی
بارتلت می‌گوید: «با ادغام مواد چسبنده نرم و حساس با وسایل الکترونیکی تعبیه‌شده، می‌توانیم اشیاء را بدون نیاز به فشردن در دست بگیریم. "این کار دست زدن به اجسام مرطوب یا زیر آب را بسیار ساده تر و طبیعی تر می کند. وسایل الکترونیکی می توانند به سرعت چسبندگی را فعال و آزاد کنند. فقط دست خود را به سمت یک جسم حرکت دهید و دستکش کار را برای گرفتن انجام می دهد.
پوشیدن دستکش
در آزمایش، محققان چند حالت مختلف را امتحان کردند. برای دستکاری اجسام ظریف و سبک، از یک حسگر استفاده کردند. آنها دریافتند که می توانند به سرعت اجسام مسطح، اسباب بازی های فلزی، سیلندرها، قسمت دو انحنای قاشق و یک توپ هیدروژل فوق نرم را بلند کرده و رها کنند. با پیکربندی مجدد شبکه حسگر برای استفاده از همه حسگرها برای تشخیص اشیا، آنها همچنین توانستند اشیاء بزرگتری مانند بشقاب، جعبه و کاسه را در دست بگیرند. اجسام مسطح، استوانه‌ای، محدب و کروی که از مواد سخت و نرم تشکیل شده‌اند، چسبیده و بلند می‌شوند، حتی زمانی که کاربران با بستن دست‌های خود، شی را نمی‌گیرند.
بیشتر بخوانید: توانایی شگفت‌انگیزی که به ربات‌ها اضافه شد
این قابلیت‌ها از دستکاری، حس کردن و کنترل پیشرفته تقلید می‌کنند و بستری را برای پوست‌های چسبنده مصنوعی زیر آب فراهم می‌کنند که می‌تواند به‌طور قابل‌اطمینانی اجسام مختلف زیر آب را دستکاری کند.» این مطمئناً گامی در مسیر درست است، اما چیزهای زیادی برای ما وجود دارد که هم در مورد اختاپوس و هم نحوه ساخت چسب‌های یکپارچه قبل از رسیدن به توانایی‌های کامل طبیعت بیاموزیم.» با نگاهی به آینده، محققان تصور می‌کنند که این دستکش در زمینه رباتیک نرم برای گرفتن زیر آب، کاربرد در فناوری‌های به کمک کاربر و مراقبت‌های بهداشتی، و در تولید برای مونتاژ و دستکاری اشیاء مرطوب نقشی مهم ایفا کند.