مقالات

ساخت انگشت رباتیک

نوشته شده توسط تیم تحریریه علمنا

دانشمندی از دانشگاه فلوریدا آتلانتیک، با الهام از طبیعت و زیست‌شناسی، انگشت رباتیکی جدیدی را طراحی نمود که مشابه‌ی نمونه‌ی واقعی آن به‌نظر می‌رسد.
اکثر قطعات رباتیکی‌ای که تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته‌اند، سفت و محکم بوده و دامنه‌ی حرکتی محدودی داشتند و نیز واقعی به‌نظر نمی‌رسیدند.
در مقاله‌ای که به تازگی در نشریه‌ی Bioinspiration & Biomimetics به چاپ رسیده است، اریک انبرگ استادیار دوره‌ی دکتری در گروه مهندسی اقیانوس و مکانیک دانشکده‌ی علوم مهندسی و کامپیوتر دانشگاه FAU (فلوریدا آتلانتیک)، درباره‌ی اینکه او چگونه با استفاده از آلیاژی حافظه‌دار، مدل اتوکد ۳بعدی از انگشت انسان، یک چاپگر ۳بعدی و نیز یک روش آموزش حرارتی منحصر بفرد، یک انگشت رباتیکی جدید را توسعه داده و آزمایش کرده است، شرح می‌دهد.
انبرگ گفت: “ما توانستیم بصورت ترمودینامیکی به انگشت رباتیکی خود نحوه‌ی تقلید از حرکات یک انگشت انسان، نظیر خمش یا کشش را آموزش دهیم.” او همچنین گفت: “طراحی رباتیکی ما بدلیل وزن سبک، مهارت و قدرتش، مزایای فوق العاده‌ای نسبت به مکانیزم‌های سنتی ارائه می‌دهد و در نهایت می‌تواند به عنوان یک دستگاه مصنوعی، مثلاً یک دست مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد.”
در این مطالعه، انبرگ و گروهش، از یک روند گرمایش مقاومتی که گرمایش “ماژول” نامیده می‌شد، استفاده کردند که شامل عبور جریان الکتریکی از طریق یک هادی که حرارت را منتشر می‌کرد، می‌شد. آن‌ها با استفاده از یک مدل اتوکد ۳بعدی از انگشت انسان که از یک وبسایت دانلود کرده بودند، توانستند یک مدل جامد از انگشت ایجاد کنند. همچنین آن‌ها با استفاده از یک چاپگر ۳بعدی، قالب درونی و بیرونی را که محرک انقباض و انبساط است و سنسور موقعیت را در خود جای داده است، ساختند.
محرک انبساط، زمانی که در معرض گرما قرار گرفت، به شکل راست درآمد، در حالیکه محرک انقباض در اثر گرما به شکل منحنی درآمد. آن‌ها از صفحات SMA (آلیاژهای حافظه‌دار) و روش‌های ریخته‌گری چند مرحله‌ای برای مونتاژ انگشت استفاده کردند. به منظور جاری شدن جریان‌های الکتریکی از درون هر محرک SMA، یک شاسی الکتریکی طراحی گردید. طراحی U شکل این شاسی، جریان‌های الکتریکی را قادر می‌ساخت تا آلیاژهای حافظه‌دار را به یک منبع قدرت الکتریکی در ته انگشت، انتقال دهند.
این فناوری جدید از یک فرآیند گرمایش و سپس یک فرآیند سرمایش برای به کار انداختن انگشت رباتیکی استفاده کرد. زمانی که محرک خنک می‌گردید، مواد به آرامی شل می‌شدند. نتایج حاصل از مطالعه، حرکات انقباض و انبساط سریع‌تر انگشت و نیز همچنین توانایی آن در بهبود شکل آموزش دیده‌ی خود، را دقیق‌تر و کامل‌تر نشان داد که اساس بیومکانیکی شکل آموزش دیده‌ی آن را ثابت کرد.
انبرگ گفت: “از آنجاییکه آلیاژهای حافظه‌دار، به یک فرآیند گرمایش و سرمایش نیاز دارند، چالش‌هایی مانند مدت زمان زیادی که حتی با وجود همرفت اجباری هوا، صرف سردکردن و بازگرداندن آن‌ها به شکل طبیعیشان می‌شود، نیز درباره‌ی این فناوری وجود دارد.
او همچنین می‌گوید: “برای غلبه بر این چالش، ما ایده‌ی استفاده از این فناوری را برای رباتیک‌ها در زیر آب، مورد بررسی قرار دادیم، زیرا به صورت طبیعی آب محیط سردکنندگی سریع‌تری را فراهم می‌سازد.”
از آنجاییکه برنامه‌ی اولیه‌ی کاربرد این انگشت برای عملیات زیر آب مورد استفاده قرار خواهد گرفت، انبرگ از عایق‌های حرارتی در نوک انگشت استفاده کرد که به منظور تسهیل جریان آب در داخل انگشت، باز نگه داشته می‌شدند. هنگامی که انگشت منبسط و منقبض می‌شد، آب از طریق حفره‌ی داخلی در درون هر عایق جاری شد تا محرک‌ها را سرد کند. انبرگ گفت: “از آنجاییکه انگشت رباتیکی ما بصورت مداوم شکل ترمودینامیکی آموزش دیده‌ی خود را نسبت به سایر فن‌آوری‌های مشابه بهبود بخشید، آزمایش‌های زیر آب ما به وضوح نشان داد که جزء خنک کننده‌ی آب، تا حد زیادی سرعت عملیاتی انگشت را افزایش داد.”
استفاده از فن‌آوری جدید انبرگ برای کاربردهای زیر آب، به رسیدگی به برخی مشکلات و چالش‌های انسان در زمان کار در اعماق اقیانوس، کمک می‌کند.

درباره نویسنده

تیم تحریریه علمنا

دیدگاه شما چیست