Nowe oblicze miękkiej robotyki – ekologiczne, samonaprawiające się roboty, które czują ból
Zranienia, skaleczenia i drobne urazy goją się z czasem zarówno u zwierząt, jak i u ludzi. Awaria robota oznacza najczęściej konieczność wymiany części, elementów lub podzespołów. Problemem jest nie tylko ich wysoki koszt, ale także negatywny wpływ na środowisko naturalne. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu SHERO postanowił zrealizować swoją nowatorską wizję opracowania w pełni autonomicznych, samonaprawiających się miękkich robotów. Urzeczywistnienie tej wizji stało się możliwe dzięki połączeniu zaawansowanych materiałów funkcjonalnych, inteligentnych czujników oraz funkcji aktywnego ruchu i sterowania w celu budowy miękkich robotów. „Naszemu zespołowi przyświecał ambitny cel – opracowanie kompleksowych systemów robotycznych, które będą w stanie odczuwać ból, a następnie podejmować inteligentne działania w celu jego uśmierzenia, naprawy uszkodzeń i przywrócenia wszystkich funkcji, przeprowadzenia rehabilitacji i powrotu do działania”, wyjaśnia Bram Vanderborght, koordynator projektu, pracownik Wolnego Uniwersytetu Brukselskiego oraz imec, czołowego ośrodka innowacji w dziedzinie nanoelektroniki i technologii cyfrowych. Zespół projektu SHERO zastosował niecodzienne zintegrowane podejście opierające się na przełomowych innowacjach technologicznych w całym łańcuchu wartości.
Potencjał miękkiej robotyki
„Potrzebujemy robotów, które będą w stanie bezpiecznie współpracować z ludźmi i wchodzić w interakcje z delikatnymi przedmiotami. To doprowadziło do powstania nowej dziedziny, czyli miękkiej robotyki, którą zajmują się zarówno uczelnie, jak i przemysł”, wyjaśnia Vanderborght. Miękkie roboty są zbudowane z elastycznych materiałów, takich jak silikon czy poliuretany. Są stosowane w wielu gałęziach przemysłu, w których wymagane są miękkie chwytaki i manipulatory, a także kontakt z delikatnymi przedmiotami. Miękki materiał, z którego wykonane są te roboty, jest jednak bardzo podatny na uszkodzenia, co w dużym stopniu ogranicza ich żywotność. „Dodatkowy problem wynika z faktu, że większość miękkich materiałów w niewielkim stopniu nadaje się do recyklingu”, dodaje Vanderborght.
Urzeczywistnianie wizji
Jednym z rozwiązań dla miękkich robotów jest zastosowanie samoregenerujących się polimerów, jednak nie każdy z nich może być wykorzystany do wytwarzania takich rozwiązań. W ramach prac naukowcy uznali, że dynamiczne wiązania kowalencyjne, takie jak sieci elastomerowe oparte na reakcji Dielsa-Aldera, mogą się sprawdzić w tym obszarze. „W ramach projektu nasz zespół dokonał syntezy oraz charakteryzacji samoregenerujących się sieci polimerów opartych na reakcji Dielsa-Aldera, sieci opartych na wiązaniach wodorowych oraz sieci opartych na reakcjach wymiany witrimerów”, wyjaśnia Vanderborght. Ponadto badaczom udało się uzyskać i scharakteryzować sieci odwracalne posiadające dodatkowe funkcjonalności – wykorzystanie cząstek przewodzących w samoregenerującym się materiale polimerowym pozwoliło na opracowanie wbudowanych czujników oraz wypełniaczy magnetycznych w sieciach odwracalnych. „Prace w ramach projektu wyszły poza techniki produkcji dostępne na rynku. Aby zaspokoić różne potrzeby przemysłowe, opracowaliśmy specjalistyczne techniki oparte na technologii obróbki przyrostowej, wykorzystujące także metody takie jak formowanie, odlewanie, cięcie laserowe i spawanie”, dodaje Vanderborght. Te innowacyjne materiały i techniki obróbki zostały zaprezentowane dzięki kilku prototypom – jednym z nich był chwytak. Chwytak robotyczny zbudowany z materiałów o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych, wyposażony w inteligentny system sterowania, został uszkodzony w kontrolowanych warunkach. Testy wykazały, że urządzenie było w stanie samodzielnie dokonać napraw oraz wznowić pracę nad wyznaczonymi zadaniami.
Nowy rodzaj zaufania do unijnych produktów
„Najważniejszą innowacją związaną z naszymi samonaprawiającymi się materiałami jest wydłużenie żywotności i czasu eksploatacji produktów, co sprzyja ich długotrwałemu użytkowaniu. Co więcej, nasze materiały można poddać recyklingowi”, podkreśla Vanderborght. W związku z tym projekt SHERO przyczynia się do realizacji planu działania UE dotyczącego gospodarki o obiegu zamkniętym, który ma sprawić, że Europa stanie się bardziej ekologiczna, a zarazem bardziej konkurencyjna na tle świata. „Dzięki samoregenerującym się miękkim robotom projekt SHERO wpłynie na zbudowanie nowego rodzaju zaufania do unijnych produktów, pokazując całemu światu, że ich działanie nie jest uzależnione od ludzi, którzy będą w stanie wykrywać uszkodzenia i przeprowadzać odpowiednie naprawy”, podsumowuje Vanderborght. Obecnie badacze skupiają się na rozwoju technologii oraz analizują inne obszary, w których znajdą zastosowanie opracowane technologie.
Słowa kluczowe
SHERO, miękkie roboty, miękka robotyka, samoregenerujące się polimery, samonaprawiające się roboty, chwytak robotyczny, obróbka przyrostowa, plan działania dotyczący gospodarki o obiegu zamkniętym
