Innowacyjny miękki robot posłuży do badań wymagających wkręcenia się w glebę i wykopów na innych planetach. Urządzenie jest inspirowane biologią dżdżownic

Naukowcy z Włoskiego Instytutu Technologii w Genui opracowali miękkiego robota inspirowanego biologią dżdżownic, który jest w stanie pełzać. Jest to możliwe dzięki miękkim siłownikom, które wydłużają się lub ściskają, gdy zmienia się ciśnienie w ich wnętrzu. Prototyp posłuży do opracowania urządzeń przeznaczonych do eksploracji podziemnej, akcji poszukiwawczo-ratowniczych w przestrzeniach zamkniętych i eksploracji innych planet. Możliwe będzie zastosowanie tej technologii również w medycynie, na przykład do przeprowadzania badań i zabiegów wykonywanych endoskopowo.

– Dżdżownica posiada hydroszkielet, w którym każdy segment ma stałą objętość płynu. Na zewnątrz znajdują się zaś dwa zestawy mięśni – podłużne i okrężne. Mięśnie te są względem siebie przeciwstawne i kurczą się naprzemiennie. Na skutek skurczu mięśni okrężnych następuje wydłużenie się segmentu, a na skutek skurczu mięśni podłużnych powiększa się jego promień. Dżdżownica wykonuje takie skurcze naprzemiennie i kiedy ruch ten występuje w postaci fal przechodzących przez całe jej ciało, zwierzę porusza się do przodu. To są tzw. ruchy perystaltyczne – wyjaśnia w rozmowie z agencją Newseria Innowacje dr Riddhi Das z Włoskiego Instytutu Technologii w Genui.

Czerpiąc inspirację z tego mechanizmu, zespół naukowców opracował urządzenie, które może realizować właśnie taki rodzaj ruchu. Wewnątrz znajduje się miękki siłownik, a na zewnątrz skóra. Przestrzeń pomiędzy skórą a miękkim siłownikiem wypełniona jest natomiast płynem o stałej objętości. Przy zastosowaniu nadciśnienia segment się rozciąga, a przy podciśnieniu – ściska się. W efekcie robot porusza się w sposób wiernie odwzorowujący ruch dżdżownicy.

Roboty inspirowane tymi zwierzętami powstawały już w przeszłości. Naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua zbudowali takie urządzenie z elastycznych modułów łączonych za pomocą magnesu, jednak jego użytkowanie wymagało stosowania okablowania. Dużo mniejsza była też jego funkcjonalność.

– Większość opracowanych do tej pory przemysłowych robotów bazujących na ruchu dżdżownic nie ma możliwości zakopywania się w ziemi. Zasadniczo też każdy moduł generuje siłę podłużną przy wzbudzaniu siłownika, ale gdy wraca do swojego pierwotnego stanu, to jest na ogół pasywny i nie generuje innych rodzajów ruchu. W naszym module, który czerpie inspirację z procesów biologicznych, ze względu na stałą objętość płynu możemy generować siłę podłużną i promieniową, posługując się nadciśnieniem i podciśnieniem. Jest to dość istotne, bo dokładnie tak dzieje się w ciele dżdżownicy i jest to nowy aspekt technologiczny naszego robota. Wykorzystując ten mechanizm, możemy generować różne wzorce ruchu do przemieszczania się w różnych środowiskach – podkreśla dr Riddhi Das.

Prototyp ma 45 cm długości i waży 605 g, składa się z pięciu połączonych szeregowo modułów, a porusza się z prędkością 1,35 mm/s. Robot był już testowany podczas pracy na powierzchni, w ośrodku ziarnistym oraz w rurach. Następnym etapem testów było zginanie modułu i ocena siły w nim działającej, aby sprawdzić, jak dużemu ściśnięciu ulega robot, poruszając się w różnych środowiskach, takich jak ziarno albo gleba. Te dane umożliwiły zmianę wzorca ruchu poprzez zginanie w przedniej części, które wywołuje ściskanie, w efekcie czego robot posuwa się do przodu.

– Chcemy mieć możliwość pozyskiwania danych zwrotnych, abyśmy mogli wypracować własny model ruchu dla robota, który będzie optymalny dla danego ośrodka. Sprawi to, że system stanie się o wiele bardziej niezależny i zdolny do samodzielnej adaptacji do otoczenia, co pozwoli robotowi poruszać się naprzód – wskazuje naukowiec. – Takie roboty i wszelkiego rodzaju systemy perystaltyczne mogą znaleźć w przyszłości zastosowanie w endoskopii albo prowadzeniu wykopów na innych planetach czy monitoringu gleby. Będą jednak szczególnie przydatne w przypadkach, gdy konieczne jest poruszanie się w ciasnych przestrzeniach o zawiłej strukturze.

Według Emergen Research światowy rynek technologii biomimetycznych był w 2019 roku wyceniany na 8,2 mld dol. Do 2027 roku jego wartość wzrośnie do ponad 17,7 mld dol.