Istraživači iz Ajndhovena razvili su meku robotsku „ruku“ napravljenu od tečnih kristala i grafena koja bi se mogla koristiti za dizajniranje budućih hirurških robota. Novi rad je upravo objavljen u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces.
U našim budućim bolnicama, mekani roboti bi mogli da se koriste kao hirurški roboti. Ali pre nego što se to dogodi, istraživači moraju da shvate kako da precizno kontrolišu i pomeraju ove deformabilne robote. Uz to, mnogi trenutni meki roboti sadrže metale, što znači da je njihova upotreba u sredinama bogatim vodom — poput ljudskog tela — prilično ograničena.
TU/e istraživači na čelu sa dr. kandidat Laura van Hazendonk, Zafeiris Khalil (kao deo njegovog magistarskog istraživanja), Michael Debije i Heiner Friedrich dizajnirali su meku robotsku ruku ili hvataljku napravljenu od grafena i tečnih kristala (oba organska materijala). To otvara mogućnosti da se ovakav uređaj u budućnosti potencijalno i bezbedno koristi u ordinaciji.
Roboti imaju ogroman uticaj na naš svet. Na primer, u industriji roboti prave automobile i televizore. U bolnicama roboti — kao što je da Vinčijev robotski hirurški sistem — pomažu hirurzima i omogućavaju minimalno invazivne operacije. A neki od nas čak imaju robote za usisavanje kod kuće.
„Društvo je postalo zavisno od robota, a mi dolazimo do novih načina da ih koristimo“, kaže Van Hazendonk, dr. istraživač u Departmanu za hemijsko inženjerstvo i hemiju. „Ali u osmišljavanju novih načina da ih koristimo, moramo razmišljati o korišćenju različitih vrsta materijala za njihovu izradu.“
Različiti materijali na koje Van Hazendonk govori su tečnosti, gelovi i elastični materijali—koji se svi lako deformišu. „Uobičajeno, roboti su napravljeni od metala, koji su kruti i tvrdi. Ali u određenim aplikacijama, roboti napravljeni od tvrdih i krutih materijala ograničavaju performanse robota“, kaže Van Hazendonk. „Rešenje je da mislite meko.
U mekoj robotici, cilj je napraviti robote od materijala kao što su tečnosti ili gelovi koji se mogu deformisati u određenim situacijama, a zatim mogu delovati kao roboti napravljeni od tradicionalnih krutih i tvrdih materijala.
Jedna oblast u kojoj izgleda da će meki roboti imati veliki uticaj su hirurške procedure. Van Hazendonk dodaje: „Za hirurga, mnoge operacije mogu biti složene i delikatne, i stoga zahtevaju preciznu spretnost hirurga. Ponekad to jednostavno nije moguće i oni se okreću robotima.
„Ali ni kruti roboti možda neće moći lako da pristupe nekim oblastima. Tu do izražaja mogu doći mekani roboti, a naš cilj je bio da ponudimo potencijalnu novu ruku pomoći za upotrebu u stezanju i šivanju korišćenih uređaja u operacijama, na primer .“
Za svoje istraživanje, Van Hazendonk i njene kolege odlučile su da koriste drugu vrstu deformabilnog materijala – tečne kristale – zajedno sa grafenom da naprave mekani uređaj za hvatanje ili „ruku“ sa četiri „prsta“ koja se mogu kontrolisati i deformisati.
Intrigantno je da su i tečni kristali i grafen direktno ili indirektno povezani sa Nobelovim nagradama za fiziku u poslednjih 30-ak godina. Davne 1991. Pjer-Žil de Žen je dobio nagradu za svoj rad na uređenju složenih materija, kao što su tečni kristali. A 2010. godine Andre Gejm i Konstantin Novoselov osvojili su nagradu za svoj rad na grafenu — super jakom materijalu koji je takođe providan i efikasan provodnik struje i toplote.
„Tečni kristal se ponaša kao tečnost ili čvrsta supstanca u zavisnosti od toga kako je uzbuđen ili poremećen. Kada teče, ponaša se kao tečnost. Ali u posebnim situacijama, molekuli u tečnosti mogu da se rasporede tako da stvore pravilan obrazac ili strukturu. , kao što je kristal koji biste videli u čvrstom materijalu pod moćnim mikroskopom“, objašnjava Van Hazendonk. „Sposobnost materijala tečnih kristala da se ponašaju ovako je savršena kada je u pitanju pravljenje mekih robota.“
Izazov aktuatora
Sa odabranim materijalima, istraživači su krenuli da dizajniraju i naprave aktuator. „Aktuatori kontrolišu i regulišu kretanje u robotskim sistemima. Obično aktuator reaguje ili se kreće kada se napaja strujom, vazduhom ili tečnošću“, kaže Van Hazendonk. „U našem radu smo se okrenuli nečemu drugom za pogon aktuatora mreže tečnih kristala (LCN).“
Istraživači su dizajnirali uređaj za hvatanje sa četiri ‘prsta’ kontrolisan pomoću LCN aktuatora koji su deformisani zahvaljujući uticaju toplote na grejne elemente na bazi grafena ili tragove u prstima hvataljke ili ‘ruke’.
