#PhátTriểnXanh #RobotMềm #BềnVững #CơBắpNhânTạo #VậtLiệuPhânHủySinhHọc
Các nhà khoa học tại Viện Max Planck về Hệ thống Thông minh (MPI-IS), Đại học Johannes Kepler (JKU) và Đại học Colorado (CU Boulder) đã chú trọng đến tính bền vững trong chế tạo robot mềm. Họ đã thiết kế một loại cơ nhân tạo hiệu suất cao, có thể phân hủy sinh học hoàn toàn – dựa trên gelatin, dầu và nhựa sinh học. Các cơ bắp nhân tạo này có thể được xử lý trong các thùng ủ phân của thành phố và phân hủy hoàn toàn trong vòng sáu tháng.
Chủ đề về tính bền vững trong lĩnh vực robot mềm là một bước quan trọng hướng tới sự thay đổi mô hình trong công nghệ robot. Sử dụng vật liệu có thể phân hủy sinh học để xây dựng cơ bắp nhân tạo chỉ là một bước hướng tới việc mở ra một tương lai cho công nghệ robot bền vững. Sự phát triển xanh không chỉ giúp tạo ra các sản phẩm cải tiến, mà còn bảo vệ môi trường và cộng đồng.
bản tin
Sed ut perspiciatis unde.
Cơ bắp nhân tạo là một công nghệ tiến bộ mà một ngày nào đó có thể cho phép robot hoạt động giống như các sinh vật sống. Những cơ bắp như vậy mở ra những khả năng mới về cách người máy có thể định hình thế giới xung quanh chúng ta; từ các thiết bị đeo hỗ trợ có thể xác định lại khả năng thể chất của chúng ta khi về già, đến các robot giải cứu có thể điều hướng đống đổ nát để tìm kiếm người mất tích. Nhưng chỉ vì cơ bắp nhân tạo có thể có tác động xã hội mạnh mẽ trong quá trình sử dụng, không có nghĩa là chúng phải để lại tác động môi trường mạnh mẽ sau khi sử dụng.
Chủ đề về tính bền vững trong chế tạo robot mềm đã được một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế từ Viện Max Planck về Hệ thống Thông minh (MPI-IS) ở Stuttgart (Đức), Đại học Johannes Kepler (JKU) ở Linz (Áo) chú trọng. và Đại học Colorado (CU Boulder), Boulder (Mỹ). Các nhà khoa học đã hợp tác để thiết kế một loại cơ nhân tạo hiệu suất cao, có thể phân hủy sinh học hoàn toàn – dựa trên gelatin, dầu và nhựa sinh học. Họ cho thấy tiềm năng của công nghệ có thể phân hủy sinh học này bằng cách sử dụng nó để tạo hoạt ảnh cho một bộ kẹp rô bốt, có thể đặc biệt hữu ích trong các hoạt động triển khai sử dụng một lần, chẳng hạn như thu gom rác thải (xem video trên Youtube). Khi hết tuổi thọ, những cơ bắp nhân tạo này có thể được xử lý trong các thùng ủ phân của thành phố; trong các điều kiện được giám sát, chúng sẽ phân hủy sinh học hoàn toàn trong vòng sáu tháng.
Chúng tôi nhận thấy nhu cầu cấp thiết đối với các vật liệu bền vững trong lĩnh vực tăng tốc của robot mềm. Các bộ phận có thể phân hủy sinh học có thể mang lại một giải pháp bền vững, đặc biệt là cho các ứng dụng sử dụng một lần, chẳng hạn như cho các hoạt động y tế, nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ và thao tác với các chất độc hại. Ellen Rumley, một nhà khoa học đến thăm từ CU Boulder làm việc tại Phòng Vật liệu Robot tại MPI-IS, cho biết thay vì tích tụ tại các bãi chôn lấp khi hết vòng đời sản phẩm, rô-bốt của tương lai có thể trở thành phân hữu cơ cho sự phát triển của cây trồng trong tương lai. Rumley là đồng tác giả đầu tiên của bài báo “Các bộ truyền động điện thủy lực có thể phân hủy sinh học dành cho rô-bốt mềm bền vững”, được xuất bản trên tiến bộ khoa học.
Cụ thể, nhóm các nhà nghiên cứu đã chế tạo một loại cơ nhân tạo chạy bằng điện có tên là HASEL. Về bản chất, HASEL là những túi nhựa chứa đầy dầu được bao phủ một phần bởi một cặp dây dẫn điện gọi là điện cực. Áp dụng một điện áp cao trên cặp điện cực khiến các điện tích trái dấu tích tụ trên chúng, tạo ra lực giữa chúng đẩy dầu đến vùng không có điện cực của túi. Sự di chuyển dầu này làm cho túi co lại, giống như một cơ bắp thực sự. Yêu cầu chính để HASEL biến dạng là vật liệu tạo nên túi nhựa và dầu là chất cách điện, có thể duy trì ứng suất điện cao do các điện cực tích điện tạo ra.
Một trong những thách thức đối với dự án này là phát triển một điện cực dẫn điện, mềm và có thể phân hủy sinh học hoàn toàn. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johannes Kepler đã tạo ra một công thức dựa trên hỗn hợp gelatin polyme sinh học và muối có thể được đổ trực tiếp lên bộ truyền động HASEL. “Điều quan trọng đối với chúng tôi là tạo ra các điện cực phù hợp cho các ứng dụng hiệu suất cao này, nhưng với các thành phần sẵn có và chiến lược chế tạo dễ tiếp cận. David Preninger, đồng tác giả đầu tiên của dự án này và là nhà khoa học tại Phòng Vật lý Vật chất mềm tại JKU, cho biết: Vì công thức được trình bày của chúng tôi có thể dễ dàng tích hợp trong nhiều loại hệ thống điều khiển bằng điện khác nhau, nên nó đóng vai trò là khối xây dựng cho các ứng dụng phân hủy sinh học trong tương lai. .
Bước tiếp theo là tìm ra loại nhựa phân hủy sinh học phù hợp. Các kỹ sư cho loại vật liệu này chủ yếu quan tâm đến các đặc tính như tốc độ xuống cấp hoặc độ bền cơ học, chứ không phải cách điện; một yêu cầu đối với HASEL hoạt động ở vài nghìn Vôn. Tuy nhiên, một số nhựa sinh học cho thấy khả năng tương thích vật liệu tốt với các điện cực gelatin và đủ cách điện. HASEL được làm từ một sự kết hợp vật liệu cụ thể thậm chí có thể chịu được 100.000 chu kỳ khởi động ở vài nghìn Vôn mà không có dấu hiệu hỏng điện hoặc giảm hiệu suất. Các cơ nhân tạo có thể phân hủy sinh học này có khả năng cạnh tranh điện cơ với các cơ nhân tạo không thể phân hủy của chúng; một kết quả thú vị để thúc đẩy tính bền vững trong công nghệ cơ nhân tạo.
“Bằng cách cho thấy hiệu suất vượt trội của hệ thống vật liệu mới này, chúng tôi đang khuyến khích cộng đồng người máy coi vật liệu có thể phân hủy sinh học như một lựa chọn vật liệu khả thi để chế tạo rô bốt,” Ellen Rumley tiếp tục. “Thực tế là chúng tôi đã đạt được những kết quả tuyệt vời như vậy với nhựa sinh học hy vọng cũng sẽ thúc đẩy các nhà khoa học vật liệu khác tạo ra vật liệu mới với hiệu suất điện được tối ưu hóa.”
Khi công nghệ xanh ngày càng trở nên phổ biến, dự án nghiên cứu của nhóm là một bước quan trọng hướng tới sự thay đổi mô hình trong robot mềm. Sử dụng vật liệu có thể phân hủy sinh học để xây dựng cơ bắp nhân tạo chỉ là một bước hướng tới việc mở ra một tương lai cho công nghệ robot bền vững.
- GIẤY – Thiết bị truyền động điện thủy lực có thể phân hủy sinh học cho robot mềm bền vững. Ellen H. Rumley, David Preninger, Alona Shagan Shomron, Philipp Rothemund, Florian Hartmann, Melanie Baumgartner, Nicholas Kellaris, Andreas Stojanovic, Zachary Yoder, Benjamin Karrer, Christoph Keplinger và Martin Kaltenbrunner. Tiến bộ Khoa học 9(12), 2023.
Viện Hệ thống Thông minh Max Planck
Mục tiêu của chúng tôi là điều tra và hiểu các nguyên tắc tổ chức của các hệ thống thông minh và vòng lặp nhận thức-hành động-học tập cơ bản.
