Većina robotskih hvataljki napravljena je od meke plastike – da bi se pokupili predmeti bez oštećenja – koja se tope na visokim temperaturama, ili od metala koji su kruti i skupi. Tim istraživača sa Nacionalnog univerziteta u Singapuru (NUS), zajedno sa svojim saradnicima sa Univerziteta Northeast Forest, kreirali su drvenu robotsku hvataljku koja bi se mogla koristiti u veoma vrućem okruženju, a da pri tome zadrži nežan dodir.
Ova inovativna drvena robotska hvataljka takođe ima još jednu prednost — vođena je promenama vlage, temperature i osvetljenja u okruženju, čime se smanjuje potrošnja energije.
„Drvo ima odlične mehaničke osobine, prirodnu deformaciju, dostupno je u velikim rezervama i relativno je jeftino. U našem najnovijem radu smo pokazali da robotski hvatači na bazi drveta mogu da prevaziđu ograničenja tradicionalnih aktuatora i manipulatora“, objasnio je docent Tan Svi. Ching, koji predvodi istraživački tim sa Odseka za nauku o materijalima i inženjerstvo pri NUS College of Design and Engineering.
On je dodao: „Naša drvena robotska hvataljka može se spontano istegnuti i savijati kao odgovor na stimulaciju vlage, toplote i svetlosti. Takođe ima dobre mehaničke osobine, sposobna je da izvrši složene deformacije, širok raspon radnih temperatura, niske troškove proizvodnje i biokompatibilna je. Ove jedinstvene karakteristike ga izdvajaju od konvencionalnih alternativa.“
Drvena hvataljka se otvara kada je izložena visokoj vlažnosti (iznad 95% relativne vlažnosti) i čvrsto se zatvara kada temperatura okoline poraste preko 70°C ili kada su izloženi sunčevom zračenju.
Istraživački tim je objavio svoj pronalazak u onlajn verziji naučnog časopisa Advanced Materials 26. februara 2023.
Istraživači su kreirali drvenu robotsku hvataljku koristeći komade drveta kanadskog javora koji su tanki 0,5 mm. Komadi drveta su prvo tretirani natrijum hloridom da bi se uklonio lignin — komponenta koja se nalazi u ćelijskim zidovima biljaka. Velike pore u drvetu ispunjene su polimerom koji se zove polipirol kako bi materijal lakše apsorbovao toplotu i svetlost.
Tim je takođe formulisao novi higroskopski gel na bazi nikla za apsorpciju vlage. Jedna strana modifikovanih komada drveta je premazana gelom koji upija vlagu. Na drugoj strani je pričvršćen hidrofobni film. Ova razlika između mokrog i suvog omogućava drvetu da brzo apsorbuje vodenu paru sa jedne strane, a to ubrzava promene u obliku drvene hvataljke kada je izloženo visokoj vlažnosti.
Komadi drveta su zatim oblikovani u hvataljku na 70°C pomoću posebnih kalupa. Kada se stavi u okruženje sa 95% relativne vlažnosti (tj. stimulacija vlage), higroskopni gel je upijao vlagu, a drvena hvataljka se rastezala i postepeno otvarala ka spolja.
„Kada je izložena visokoj temperaturi okoline preko 70°C (toplotna stimulacija), drvena hvataljka je počela da se savija prema unutra i postigla je maksimalno savijanje na 200°C“, objasnila je gospođa Bai Lulu, doktorant na Odseku za nauku o materijalima NUS-a i Inženjer i prvi autor rada.
Tim je takođe testirao drvenu hvataljku pod različitim intenzitetima svetlosti, sa hidrofobnim slojem filma okrenutim prema izvoru svetlosti. Kada je svetlosno osvetljenje povećalo temperaturu površine hvatača na oko 42°C, gel koji upija vlagu je počeo da gubi vodu i hvataljka je počela da se savija prema unutra pre nego što je dostigla značajno savijanje na oko 57°C.
Drvena hvataljka je ostala netaknuta nakon 100 ciklusa aktiviranja, pokazujući svoju stabilnost i robusnost za dugotrajnu upotrebu.
„Takođe smo verifikovali performanse drvene hvataljke tako što smo podizali predmete na visokim temperaturama. U našim eksperimentima, drvena hvataljka je uspešno podigla težinu od 200 grama (ekvivalentno konzervi sode) na oko 170°C. To je nemoguće za većina aktuatora napravljenih od mekog polimera. U zavisnosti od dizajna, drvena hvataljka bi mogla da nosi opterećenje do 10.000 puta veće od težine hvataljke“, objasnio je profesor Čen Venšuai sa Univerziteta Northeast Forest i ko-korespondentni autor istraživačkog rada.
Docent Tan i njegov tim sada gledaju na poboljšanje performansi drvene hvataljke, kao što je skraćivanje vremena savijanja sa trenutno oko dva minuta, povećanje opterećenja koje može da nosi, kao i hvatanje predmeta različitih oblika i veličina. Oni takođe pronalaze načine da smanje troškove i da povećaju proizvodnju drvene hvataljke.
Uz dalji strukturalni dizajn i poboljšanje performansi, tim se nada da će razviti poboljšanu verziju drvene hvataljke koja će pomoći vatrogascima da izvode spasilačke operacije.
