دانشگاه ام‌آی‌تی و معرفی ربات ارزشمند کرم شب تاب! (+فیلم و عکس)

ربات هایی با الهام از طبیعت

تیم دانشگاه ام‌آی‌تی طراحی خود را با الهام از کرم های شب تاب شکل داده و ماهیچه های مصنوعی الکترولومینسانس و نرم را برای این ربات های ریز جثه ساخته اند. ماهیچه هایی که دانشمندان به بال های حشرات رباتیک خود افزوده اند، طی پرواز نور رنگی منتشر می کند و این درخشش امکان برقراری ارتباط ربات ها با یکدیگر را فراهم می کند.

تیم دانشگاه ام‌آی‌تی معتقدند که اگر این حشرات نورانی رباتیک عازم ماموریت جستجو و نجات در ساختمانی فرو ریخته شوند، رباتی که بازمانده ها را یافته می تواند از نور خود برای ارسال سیگنال به دیگران و درخواست کمک استفاده کند.

وزن این ربات های پرنده کمی بیشتر از یک گیره کاغذ است که در ابتدا به عنوان یک نگرانی تلقی می شد زیرا به معنای آن بود که شاید نتوانند حسگرها را حمل کنند. مساله مهم دیگر برای پژوهشگران این بود که ربات ها باید با استفاده از دوربین های فروسرخ حجیم که در فضای باز به خوبی کار نمی کنند، ردیابی شوند. اکنون، پژوهشگران نشان داده اند که می توان ربات ها را با استفاده از نوری که منتشر می کنند و فقط با کمک سه دوربین گوشی هوشمند به دقت ردیابی کرد.

دانشمندان قبلا تکنیکی را برای ساخت ماهیچه های مصنوعی که بال های ربات را تکان می دهند، ابداع کرده بودند. این ماهیچه های مصنوعی از الاستومر، مانند لاستیک و الکترود نانولوله کربنی ساخته شده اند. سپس، آنها را به شکل استوانه رول کردند تا فرایند تکمیل شود.

زمانی که ولتاژی به استوانه اعمال می شود، الاستومر توسط الکترودها فشرده می شود و فشار مکانیکی بال را تکان می دهد. برای درخشش ماهیچه مصنوعی، تیم دانشگاه ام‌آی‌تی از ذرات سولفات روی الکترولومینسانس استفاده کردند. اما ساخت این ربات های کوچک بدون چالش نبود.

ربات های شب تاب و انتشار نور

برای شروع، پژوهشگران نیاز به ساخت الکترودی داشتند که نور را مسدود نکند. این کار با استفاده از نانولوله های کربنی فوق شفاف که تنها چند نانومتر ضخامت داشته و اجازه عبور نور را می دهند، انجام شد. با این وجود، ذرات روی تنها زمانی روشن می شوند که در معرض یک میدان الکتریکی بسیار قدرتمند و با فرکانس بالا قرار گیرند. این میدان الکتریکی الکترون های ذرات روی را تحریک کرده و سپس فوتون ها، ذرات زیراتمی نور، منتشر می شوند.

پژوهشگران از ولتاژ بالا برای ایجاد یک میدان الکتریکی قوی در فعال کننده نرم استفاده کرده و سپس ربات را با یک فرکانس بالا هدایت کردند تا ذرات روشن شوند. پژوهشگران به هیچ گونه فعال کننده، سیم کشی یا هر چیز اضافه دیگر نیاز نداشتند و تنها حدود سه درصد انرژی بیشتر برای درخشش نور نیاز بود زیرا آنها از میدان الکتریکی در فرکانسی مورد نیاز برای پرواز ربات ها استفاده کردند.

پژوهشگران دریافتند که افزودن ذرات روی به فعال کننده کیفیت آن را کاهش می دهد و موجب تجزیه راحت‌تر آن می شود. برای جبران هر گونه افت در نیروی خروجی، دانشمندان ذرات روی را تنها در لایه الاستومری بکار گرفته و آن لایه را چند میکرومتر ضخیم‌تر کردند. در شرایطی که این کار 2.5 درصد به وزن فعال کننده اضافه کرد، اما انتشار نور بدون آسیب رساندن به عملکرد پرواز صورت گرفت.

برنامه های آینده پس از کرم های شب تاب رباتیک

رنگ نور را می توان با تنظیم ترکیب شیمیایی ذرات روی تغییر داد. پژوهشگران ذرات سبز، نارنجی، و آبی را برای فعال کننده های ساخته شده ایجاد کردند. آنها همچنین فرآیند تولید را تغییر دادند تا فعال کننده ها بتوانند چند رنگ و نور طرح‌دار را منتشر کنند.

هر فعال کننده الکترولومینسانس به عنوان یک نشانگر فعال عمل می کند که با استفاده از دوربین های آی‌فون قابل ردیابی است. دوربین ها هر رنگ نور را شناسایی می کنند و یک برنامه رایانه ای موقعیت و وضعیت ربات را با استفاده از سامانه های تشخیص حرکت فروسرخ ثبت می کند.

در آینده، پژوهشگران قصد دارند این سامانه ردیابی حرکت را ارتقا داده تا ردیابی ربات ها در زمان واقعی صورت بگیرد. تیم پژوهشی روی استفاده از سیگنال های کنترل کار می کند تا ربات ها توانایی روشن و خاموش کردن نور حین پرواز را داشته و برقراری ارتباط آنها شباهت بیشتری به کرم های شب تاب واقعی به خود بگیرد. همچنین، این که الکترولومینسانس چگونه می تواند برخی ویژگی های این عضلات مصنوعی نرم را بهبود ببخشد در حال بررسی است.