นักวิจัยได้พัฒนาวัสดุพิมพ์ 3 มิติที่รักษาตัวเองได้ ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการพัฒนามือเทียมเสมือนจริงและการใช้งานหุ่นยนต์แบบนิ่มอื่นๆ
วัสดุคล้ายเยลลี่ราคาประหยัดที่พัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สามารถรับรู้ความเครียด อุณหภูมิ และความชื้นได้ และแตกต่างจากหุ่นยนต์รักษาตัวเองรุ่นก่อน ๆ พวกเขาสามารถซ่อมแซมตัวเองได้บางส่วนที่อุณหภูมิห้อง
รายงาน ผลการวิจัยใน วารสาร NPG Asia Materials
เทคโนโลยีการตรวจจับแบบนุ่มนวลสามารถเปลี่ยนหุ่นยนต์ อินเทอร์เฟซแบบสัมผัส และอุปกรณ์สวมใส่ได้ รวมถึงการใช้งานอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการตรวจจับแบบนุ่มนวลส่วนใหญ่นั้นไม่ทนทานและใช้พลังงานปริมาณมาก
David Hardman จากแผนกวิศวกรรมของเคมบริดจ์ ผู้เขียนคนแรกของหนังสือพิมพ์กล่าวว่า “การรวมเซ็นเซอร์แบบอ่อนเข้ากับวิทยาการหุ่นยนต์ทำให้เราได้รับข้อมูลเพิ่มเติมมากมาย เช่น ความเครียดของกล้ามเนื้อทำให้สมองของเราได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสภาพร่างกายของเรา .
ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ SHERO ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรป Hardman และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำงานเพื่อพัฒนาวัสดุที่สามารถรักษาตัวเองได้สำหรับมือและแขนหุ่นยนต์ วัสดุเหล่านี้สามารถตรวจจับได้เมื่อเกิดความเสียหาย ทำตามขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อรักษาตัวเองชั่วคราวแล้วกลับมาทำงานต่อ โดยไม่จำเป็นต้องมีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์
“เราทำงานกับวัสดุที่รักษาตัวเองมาหลายปีแล้ว แต่ตอนนี้เรากำลังหาวิธีสร้างหุ่นยนต์ที่รักษาตัวเองได้เร็วกว่าและถูกกว่า” ดร.โธมัส จอร์จ-ทูรูเทล ผู้เขียนร่วมจากภาควิชาวิศวกรรมกล่าวเช่นกัน .
หุ่นยนต์รักษาตัวเองรุ่นก่อนหน้าจำเป็นต้องได้รับความร้อนเพื่อรักษา แต่ขณะนี้นักวิจัยของเคมบริดจ์กำลังพัฒนาวัสดุที่สามารถรักษาที่อุณหภูมิห้องซึ่งจะทำให้มีประโยชน์มากขึ้นสำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง
“เราเริ่มต้นด้วยวัสดุที่ยืดหยุ่นและมีเจลาตินซึ่งมีราคาถูก ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และเข้ากันได้ทางชีวภาพ และทำการทดสอบต่างๆ เกี่ยวกับวิธีการรวมเซ็นเซอร์เข้ากับวัสดุโดยการเพิ่มส่วนประกอบนำไฟฟ้าจำนวนมาก” ฮาร์ดแมนกล่าว
นักวิจัยพบว่าเซ็นเซอร์การพิมพ์ที่มีโซเดียมคลอไรด์ – เกลือ – แทนที่จะเป็นหมึกคาร์บอนทำให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ เนื่องจากเกลือสามารถละลายได้ในไฮโดรเจลที่เติมน้ำ มันจึงเป็นช่องทางที่สม่ำเสมอสำหรับการนำไอออนิก – การเคลื่อนที่ของไอออน
เมื่อวัดความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุพิมพ์ นักวิจัยพบว่าการเปลี่ยนแปลงของความเครียดส่งผลให้เกิดการตอบสนองเชิงเส้นสูง ซึ่งพวกเขาสามารถใช้ในการคำนวณการเสียรูปของวัสดุได้ การเติมเกลือยังช่วยให้ตรวจจับการยืดได้มากกว่าสามเท่าของความยาวเดิมของเซ็นเซอร์ เพื่อให้รวมวัสดุเข้ากับอุปกรณ์หุ่นยนต์ที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้
วัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้นั้นมีราคาถูกและผลิตได้ง่าย ไม่ว่าจะโดยการพิมพ์ 3 มิติหรือการหล่อ เป็นทางเลือกที่ดีกว่าทางเลือกที่มีอยู่มากมาย เนื่องจากแสดงความแข็งแรงและความมั่นคงในระยะยาวโดยไม่ทำให้แห้ง และผลิตจากวัสดุที่หาได้ทั่วไปและปลอดภัยสำหรับอาหาร
“มันเป็นเซ็นเซอร์ที่ดีจริงๆ เมื่อพิจารณาว่าการผลิตนั้นถูกและง่ายเพียงใด” จอร์จ-ทูรูเทลกล่าว “เราสามารถสร้างหุ่นยนต์ทั้งตัวจากเจลาตินและพิมพ์เซ็นเซอร์ได้ทุกที่ที่เราต้องการ”
ไฮโดรเจลที่บำบัดตัวเองได้จะยึดติดได้ดีกับวัสดุหลายประเภท ซึ่งหมายความว่าสามารถรวมเข้ากับหุ่นยนต์ประเภทอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น งานวิจัยส่วนใหญ่ใน ห้องปฏิบัติการ Bio-Inspired Roboticsซึ่งเป็นที่ตั้งของนักวิจัย มุ่งเน้นไปที่การพัฒนามือเทียม แม้ว่าวัสดุนี้จะเป็นการพิสูจน์แนวคิด แต่หากพัฒนาเพิ่มเติมก็สามารถรวมเข้ากับผิวหนังเทียมและเซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้และย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ทำเองได้
งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยโครงการ Self-Healing soft RObotics (SHERO) ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนภายใต้โครงการ Future and Emerging Technologies (FET) ของคณะกรรมาธิการยุโรป
R อ้างอิง:
David Hardman, Thomas George-Turuthel และ Fumiya Iida ‘ Ionic Gelatin / Glycerol Hydrogels ที่รักษาตัวเองได้สำหรับการใช้งานการตรวจจับความเครียด .’ เอ็นพีจี เอเชีย แมททีเรียลส์ (2022). ดอย: 10.1038/s41427-022-00357-9
