المعرفة

روبوت رخو

الروبوتات الرخوة (اللينة) إنگليزية: Soft robotics هي مجال فرعي من علوم الروبوتات الذي يهتم بتصميم الروبوتات والتحكم فيها وتصنيعها والتي تتكون من مواد مطاوعة، بدلاً من المرابط الصلبة.[1] وعلى عكس الروبوتات ذات الأجسام الصلبة المصنوعة من المعادن والسيراميك والبلاستيك الصلب، يمكن أن تؤدي مطاوعة الروبوتات اللينة (الرخوة) إلى تحسين سلامتها عند العمل على اتصال وثيق مع البشر.[1]

روبوت ذو أرجل رخوة مع قدرات التنقل على الأرض

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الأنواع والتصاميم

 
نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد يشبه الأخطبوط.

الهدف من الروبوتات الرخوة (اللينة) هو تصميم وبناء روبوتات بأجسام وإلكترونيات مرنة هيكلياً. في بعض الأحيان تقتصر الليونة على جزء من الجهاز. على سبيل المثال، يمكن للأذرع الروبوتية الصلبة أن تستخدم مؤثرات نهائية لينة للإمساك بلطف والتلاعب بالأشياء الحساسة أو ذات الأشكال غير المنتظمة. تستخدم معظم الروبوتات المتنقلة ذات الأجسام الصلبة أيضاً مكونات ناعمة بشكل استراتيجي، مثل وسادات القدم لامتصاص الصدمات أو المفاصل النابضة لتخزين/إطلاق الطاقة المرنة. ومع ذلك، فإن مجال الروبوتات اللينة يميل عموماً نحو الآلات اللينة في الغالب أو اللينة بشكل تام. تتمتع الروبوتات ذات الأجسام اللينة بإمكانيات هائلة. فمن ناحية، تسمح لهم مرونتهم بالضغط في الأماكن التي لا تستطيع الأجسام الصلبة الوصول إليها، الأمر الذي قد يكون مفيداً في سيناريوهات الإغاثة في حالات الكوارث. تعتبر الروبوتات اللينة أيضاً أكثر أماناً للتفاعل البشري وللانتشار الداخلي داخل جسم الإنسان.

غالباً ما تكون الطبيعة مصدر إلهام لتصميم الروبوتات اللينة (الرخوة) نظراً لأن الحيوانات نفسها تتكون في الغالب من مكونات رخوة ويبدو أنها تستغل نعومتها من أجل الحركة الفعالة في البيئات المعقدة في كل مكان تقريباً على الأرض.[2]وبالتالي، غالباً ما يتم تصميم الروبوتات الرخوة لتبدو وكأنها مخلوقات مألوفة، خاصة الكائنات الحية الرخوة تماماً مثل الأخطبوطات. ومع ذلك، من الصعب للغاية تصميم الروبوتات اللينة والتحكم فيها يدوياً نظراً لانخفاض معاوقتها الميكانيكية. الشيء ذاته الذي يجعل الروبوتات اللينة مفيدة - مرونتها وامتثالها - يجعل من الصعب السيطرة عليها. تم تطوير الرياضيات على مدى القرون الماضية لتصميم الأجسام الصلبة بشكل عام فشلت في التوسع إلى الروبوتات اللينة. وبالتالي، يتم تصميم الروبوتات اللينة بشكل شائع جزئياً بمساعدة أدوات التصميم الآلية، مثل الخوارزميات التطورية، والتي تمكن شكل الروبوت الناعم وخصائص المواد ووحدة التحكم من أن يتم تصميمها وتحسينها بشكل متزامن وتلقائي معاً لمهمة معينة.[3]


التقليد الحيوي

يمكن أن تنتج الخلايا النباتية بطبيعتها ضغطاً سكونياً سائلاً بسبب تدرج تركيز الذائب بين الهيولى والمناطق الخارجية (الجهد التناضحي). علاوة على ذلك، يمكن للنباتات ضبط هذا التركيز من خلال حركة الأيونات عبر غشاء الخلية. ثم يغير هذا شكل وحجم النبات لأنه يستجيب لهذا التغيير في الضغط الهيدروستاتيكي (ضغط سكوني سائل). يعتبر تطور الشكل الناتج عن الضغط أمراً مرغوباً فيه للروبوتات اللينة (الرخوة) ويمكن محاكاته لإنشاء مواد تكيفية للضغط من خلال استخدام تدفق السوائل.[4]تمثل المعادلة التالية[5] معدل تغير حجم الخلية:

 
  هو معدل تغيير الحجم.
  هي مساحة غشاء الخلية.
  هي التوصيل الهيدروليكي للمادة.
  هو التغير في الضغط الهيدروستاتيكي.
 هو التغيير في القدرة التناضحية.

تم الاستفادة من هذا المبدأ في إنشاء أنظمة ضغط للروبوتات اللينة (الرخوة). تتكون هذه الأنظمة من راتنجات لينة وتحتوي على عدة أكياس سائلة ذات أغشية شبه منفذة. حيث تسمح شبه النفاذية بنقل السوائل الذي يؤدي بعد ذلك إلى توليد الضغط. ثم يؤدي هذا المزيج من نقل السوائل وتوليد الضغط إلى تغيير الشكل والحجم.[4]

أما الآلية الأخرى لتغيير الشكل متأصلة حيوياً فهي آلية تغيير الشكل المسترطب. في هذه الآلية، تتفاعل الخلايا النباتية مع التغيرات في الرطوبة. عندما يكون الغلاف الجوي المحيط به رطوبة عالية، تتضخم الخلايا النباتية، ولكن عندما يكون الجو المحيط به رطوبة منخفضة، تتقلص الخلايا النباتية. وقد لوحظ هذا التغيير في الحجم في حبوب اللقاح[6] وقشور مخاريط الصنوبر.[4][7]

يمكن أيضاً اشتقاق طرق مماثلة للمفاصل الهيدروليكية اللينة (الرخوة) من الحركة العنكبوتية، حيث يمكن توجيه التحكم القوي والدقيق في المفصل بشكل أساسي من خلال الدم واللمف المضغوط.

التصنيع

تقنيات التصنيع التقليدية، مثل تقنيات الطرح مثل الحفر والطحن، غير مفيدة عندما يتعلق الأمر ببناء الروبوتات اللينة لأن هذه الروبوتات لها أشكال معقدة بأجسام قابلة للتشوه. لذلك، تم تطوير تقنيات تصنيع أكثر تقدماً. يتضمن ذلك تصنيع ترسيب الشكل (SDM)، وعملية البنية الدقيقة المركبة الذكية (SCM)، والطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المتعددة.[1][8]

SDM هو نوع من النماذج الأولية السريعة حيث يحدث الترسيب والتشغيل بشكل دوري. بشكل أساسي، يقوم المرء بترسيب المادة، وتجهيزها، ودمج البنية المرغوبة، وإيداع دعامة للهيكل المذكور، ثم إجراء المزيد من الآلات للمنتج إلى الشكل النهائي الذي يتضمن المادة المودعة والجزء المضمن.[8]تشمل الأجهزة المضمنة الدوائر، وأجهزة الاستشعار، والمشغلات، وقد نجح العلماء في تضمين عناصر تحكم داخل المواد الپوليمرية لإنشاء روبوتات ناعمة، مثل Stickybot[9]و iSprawl.[10]

SCM هي عملية يتم من خلالها دمج الأجسام الصلبة من پوليمر مقوى بألياف الكربون (CFRP) مع الأربطة الپوليمرية المرنة. يعمل الپوليمر المرن كمفاصل للهيكل العظمي. مع هذه العملية، يتم إنشاء هيكل متكامل من ألياف الپوليمر المقوى بألياف الكربون وأربطة الپوليمر من خلال استخدام المعالجة بالليزر متبوعاً بالتصفيح. تُستخدم عملية SCM هذه في إنتاج روبوتات متوسطة الحجم حيث تعمل موصلات الپوليمر كبدائل منخفضة الاحتكاك لتثبيت المفاصل.[8]

يمكن الآن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة نطاق واسع من أحبار السيليكون باستخدام البثق الروبوتي المعروف أيضاً باسم الكتابة بالحبر المباشر (DIW). يسمح مسار التصنيع هذا بإنتاج سلس لمشغلات اللدائن المرنة ذات الخصائص الميكانيكية المحددة محلياً. كما أنه يتيح التصنيع الرقمي لمشغلات السيليكون الهوائية التي تعرض بنيات وحركات مستوحاة من بنى حيوية قابلة للبرمجة.[11] تمت طباعة مجموعة كبيرة من الروبوتات البرمجية التي تعمل بكامل طاقتها باستخدام هذه الطريقة بما في ذلك حركة الانحناء واللف والإمساك والتقلص. تتجنب هذه التقنية بعض عيوب طرق التصنيع التقليدية مثل التفريغ بين الأجزاء الملصقة. طريقة تصنيع مضافة أخرى تنتج مواد تشكيل الشكل يكون شكلها حساساً للضوء أو منشطاً حرارياً أو مستجيبًا للماء. بشكل أساسي، يمكن لهذه الپوليمرات أن تغير شكلها تلقائياً عند التفاعل مع الماء أو الضوء أو الحرارة. تم إنشاء أحد الأمثلة على مادة تحويل الشكل من خلال استخدام الطباعة بنفث الحبر التفاعلي الخفيف على هدف من البوليسترين.[12] بالإضافة إلى ذلك، كانت اللدائن الذكية نماذج أولية سريعة تشتمل على مكونين مختلفين: هيكل عظمي ومادة مفصلة. عند الطباعة، يتم تسخين المادة إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التزجج لمادة المفصلة. هذا يسمح بتشويه مادة المفصلة، مع عدم التأثير على مادة الهيكل العظمي. علاوة على ذلك، يمكن إعادة تشكيل هذا الپوليمر باستمرار من خلال التسخين.[12]

طرق ومواد التحكم

تتطلب جميع الروبوتات الرخوة نظام تشغيل لتوليد قوى رد الفعل، للسماح بالحركة والتفاعل مع بيئتها. نظراً للطبيعة المتوافقة لهذه الروبوتات، يجب أن تكون أنظمة التشغيل اللينة قادرة على التحرك دون استخدام مواد صلبة من شأنها أن تعمل كعظام في الكائنات الحية، أو الإطار المعدني الشائع في الروبوتات الصلبة. ومع ذلك، توجد العديد من حلول التحكم لمشكلة التشغيل الناعم ووجدت استخدامها، ولكل منها مزايا وعيوب. بعض الأمثلة على طرق التحكم والمواد المناسبة مذكورة أدناه.

الحقل الكهربائي

أحد الأمثلة على ذلك هو استخدام القوة الكهروستاتيكية التي يمكن تطبيقها في:

|مجالاً كهربائياً]] عالي الجهد لتغيير شكلها (example of working DEA). يمكن أن تنتج هذه المحركات قوى عالية، ولها قدرة محددة عالية (W kg −1)، وتنتج توترات كبيرة (> 1000٪) ،[13] تمتلك كثافة طاقة عالية (>3 MJ m−3),[14] يُظهر الاستشعار الذاتي، ويحقق معدلات تشغيل سريعة (10 مللي ثانية - 1 ثانية). ومع ذلك، فإن الحاجة إلى الفولتية العالية تصبح بسرعة العامل المحدد في التطبيقات العملية المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، غالباً ما تعرض هذه الأنظمة تيارات تسرب، وتميل إلى حدوث أعطال كهربائية (يتبع فشل العزل الكهربائي إحصائيات وايبول وبالتالي يزداد الاحتمال مع زيادة مساحة القطب الكهربي [15])، وتتطلب إجهاداً مسبقاً لأكبر تشوه.[16] كما تظهر بعض الأبحاث الجديدة أن هناك طرقاً للتغلب على بعض هذه العيوب، كما هو موضح على سبيل المثال في مشغلات Peano-HASEL، والتي تتضمن عوازل سائلة ومكونات غلاف رفيع. تقلل هذه الطريقة من الجهد المطبق المطلوب، كما تسمح بالشفاء الذاتي أثناء الانهيار الكهربائي.[17][18]

حرارياً

  • تعد اللدائن الذكية (SMPs) هي مواد ذكية وقابلة لإعادة التشكيل تعمل كمثال ممتاز للمشغلات الحرارية التي يمكن استخدامها للتشغيل. ستتذكر هذه المواد شكلها الأصلي وستعود إليه عند زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال، يمكن توتر الپوليمر المتشابك عند درجات حرارة أعلى من التزجج (Tg) أو الانتقال الانصهار (Tm) ثم تبرد. عند زيادة درجة الحرارة مرة أخرى، سيتم تحرير الضغط وسيتم تغيير شكل المواد مرة أخرى إلى الشكل الأصلي.[19]يشير هذا بالطبع إلى أن هناك حركة واحدة لا رجعة فيها، ولكن هناك مواد تم إثبات أنها تحتوي على ما يصل إلى 5 أشكال مؤقتة.[20] أحد أبسط وأشهر الأمثلة على أشكال پوليمرات الذاكرة هي لعبة تسمى Shrinky Dinks مصنوعة من صفيحة الپوليسترين (PS) ممددة مسبقاً والتي يمكن استخدامها لقطع الأشكال التي ستتقلص بشكل كبير عند تسخينها. المشغلات المنتجة باستخدام هذه المواد يمكنها تحقيق إجهاد يصل إلى 1000٪[21] وأظهرت نطاقاً واسعاً من كثافة الطاقة بين <50 kJ m−3 وحتى 2 MJ m−3.[22] تشمل الجوانب السلبية المحددة لـ SMPs استجابتها البطيئة (> 10 ثوانٍ) والقوة المنخفضة عادةً المتولدة.[16]كما تتضمن أمثلة SMPs پولي‌يوريثان (PU)، پولي إثيلين ترفتالات (PET)، پولي إثيلين أكسيد (PEO) وغيرها.
  • توجد اللدائن الذكية وراء نظام تحكم آخر للتشغيل الآلي اللين.[23]على الرغم من أنها مصنوعة من المعدن، وهي مادة صلبة تقليدياً، إلا أن النوابض مصنوعة من أسلاك رفيعة جداً ومتوافقة تماماً مثل المواد اللينة الأخرى. تتمتع هذه النوابض بنسبة عالية جداً من القوة إلى الكتلة، ولكنها تمتد من خلال تطبيق الحرارة، وهو أمر غير فعال من حيث الطاقة.[24]

فرق الضغط

  • تعتمد العضلات الصناعية العاملة بالهواء المضغوط، وهي طريقة تحكم أخرى مستخدمة في الروبوتات اللينة، تعتمد على تغيير الضغط داخل أنبوب مرن. بهذه الطريقة ستعمل كعضلة تتقلص وتتمدد، وبالتالي تطبق القوة على ما تعلق به. من خلال استخدام الصمامات، قد يحافظ الروبوت على شكل معين باستخدام هذه العضلات دون أي مدخلات طاقة إضافية. ومع ذلك، تتطلب هذه الطريقة عموماً مصدراً خارجياً للهواء المضغوط ليعمل. المتحكم الاشتقاقي المتكامل النسبي (PID) هو الخوارزمية الأكثر استخداماً للعضلات الهوائية. يمكن تعديل الاستجابة الديناميكية للعضلات الهوائية عن طريق ضبط پارامترات وحدة التحكم PID.[25]

الحساسات

تعتبر المستشعرات من أهم مكونات الروبوتات. بدون مفاجأة، تستخدم الروبوتات الناعمة بشكل مثالي أجهزة استشعار ناعمة. تستطيع المستشعرات اللينة عادة قياس التشوه، وبالتالي استنتاج موضع أو صلابة الروبوت.

فيما يلي بعض الأمثلة على المستشعرات اللينة:

تعتمد هذه المستشعرات على مقاييس:

  • مقاومة الضغط:
    • پوليمر مملوء بالجسيمات الموصلة،[26]
    • مسارات ميكروفلويديك (معدن سائل،[27] محلول أيوني[28]),
  • الكهرباء الانضغاطية،[29][30]
  • السعة،[31][32]
  • المجالات المغناطيسية،[33][34]
  • الضياعات البصرية،[35][36][37]
  • الضياعات الصوتية.[38]

يمكن بعد ذلك إدخال هذه القياسات في نظام التحكم.

الاستخدامات والتطبيقات

المساعدة الجراحية

يمكن استخدام الروبوتات الرخوة في مهنة الطب، وتحديداً في الجراحة المتوغلة. يمكن صنع روبوتات رخوة للمساعدة في العمليات الجراحية بسبب خصائص تغيير شكلها. يعد تغيير الشكل أمراً مهمًا لأن الروبوت الرخو يمكنه التنقل حول الهياكل المختلفة في جسم الإنسان عن طريق تعديل شكله. يمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام مشغل مائع.[39]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

البدلات الخارجية

يمكن أيضاً استخدام الروبوتات اللينة لإنشاء بدلات خارجية مرنة، أو لإعادة تأهيل المرضى، أو مساعدة كبار السن، أو ببساطة تعزيز قوة المستخدم. ابتكر فريق من جامعة هارڤرد بدلة خارجية باستخدام هذه المواد لإعطاء مزايا القوة الإضافية التي توفرها البدلة الخارجية، دون العيوب التي تأتي مع كيفية تقييد المواد الصلبة لحركة الشخص الطبيعية. البدلات الخارجية عبارة عن أطر معدنية مزودة ببعض العضلات لمضاعفة قوة مرتديها. يُطلق عليه أيضاً الهياكل الخارجية، ويعكس الهيكل المعدني للبدلات الروبوتية إلى حد ما الهيكل العظمي الداخلي لمن يرتديها.

البدلة تجعل الأشياء المرفوعة تبدو أخف وزناً، وفي بعض الأحيان تكون خالية من الوزن، مما يقلل من الإصابات ويحسن الامتثال.[40]

الروبوتات التعاونية

تقليدياً، تم عزل روبوتات التصنيع عن العمال البشريين بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة، حيث يمكن أن يؤدي اصطدام الروبوت الصلب بالإنسان بسهولة إلى الإصابة بسبب الحركة السريعة للروبوت. ومع ذلك، يمكن أن تعمل الروبوتات اللينة جنباً إلى جنب مع البشر بأمان، حيث إن الطبيعة المتوافقة للروبوت في حالة الاصطدام ستمنع أو تقلل من أي إصابة محتملة.

التقليد-الحيوي

فيديو يُظهر الروبوتات اللينة في أعماق البحار المتمتعة بالتحكم الذاتي جزئياً

يوجد تطبيق للتقليد الحيوي عبر الروبوتات الرخوة في استكشاف المحيطات أو الفضاء. في البحث عن حياة خارج كوكب الأرض، يحتاج العلماء إلى معرفة المزيد عن الأجسام المائية خارج كوكب الأرض، حيث أن الماء هو مصدر الحياة على الأرض. يمكن استخدام الروبوتات اللينة لتقليد الكائنات البحرية التي يمكنها المناورة بكفاءة عبر الماء. حاول فريق في كورنيل تنفيذ مثل هذا المشروع في عام 2015 بموجب منحة من خلال المفاهيم المتقدمة المبتكرة (NIAC) التابعة لـ ناسا.[41]وقد شرع الفريق في تصميم إنسان آلي رخو يحاكي الجلكيات أو الحبار بالطريقة التي تتحرك بها تحت الماء، من أجل استكشاف المحيط بكفاءة أسفل الطبقة الجليدية لقمر كوكب المشتري، أوروپا. لكن استكشاف جسم مائي، خاصة على كوكب آخر، يأتي مع مجموعة فريدة من التحديات الميكانيكية والمواد. في عام 2021، أظهر العلماء روبوتاً رخواً مستوحى حيوياً يعمل بالطاقة الذاتية للتشغيل في أعماق البحار يمكنه تحمل الضغط في أعمق جزء من المحيط في خندق ماريانا. يتميز الروبوت بوجود عضلات وأجنحة اصطناعية من مواد مرنة وإلكترونيات موزعة داخل جسم السيليكون. يمكن استخدامه في استكشاف أعماق البحار والرصد البيئي.[42][43][44]في عام 2021، أبلغ فريق من جامعة ديوك عن روبوت لين على شكل اليعسوب، يُطلق عليه DraBot، مع قدرات لمراقبة تغيرات الحموضة وتقلبات درجات الحرارة وملوثات الزيت في الماء.[45][46][47]

التخفي

يمكن استخدام الروبوتات اللينة التي تشبه الحيوانات أو يصعب التعرف عليها للمراقبة ومجموعة من الأغراض الأخرى.[48]يمكن استخدامها أيضاً في الدراسات البيئية مثل وسط الحياة البرية.[49] يمكن للروبوتات اللينة أيضاً أن تتيح تمويهاً اصطناعياً جديداً.[50]

مكونات الروبوت

عضلات صناعية

page-not-found

غلاف الروبوت الجلدي مع الإدراك باللمس

page-not-found
الغلاف الجلدي الإلكتروني
page-not-found

الفوائد النوعية

قد تكون فوائد تصميمات الروبوتات اللينة على تصاميم الروبوتات التقليدية بالكامل أخف وزناً - الحمولات الثقيلة باهظة الثمن لإطلاقها - وزيادة الأمان - قد تعمل الروبوتات جنباً إلى جنب مع رواد الفضاء.[51]

الاعتبارات الميكانيكية في التصميم

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

قصور الإجهاد من الثني

غالباً ما تحتاج الروبوتات اللينة، خاصة تلك المصممة لتقليد الكائن الحي، إلى التحميل الدوري من أجل التحرك أو القيام بالمهام التي صُممت من أجلها. على سبيل المثال، في حالة الإنسان الآلي الذي يشبه الجلكى أو الحبار الموصوف أعلاه، تتطلب الحركة تحليلاً كهربائياً للماء وإشعال الغاز، مما يتسبب في تمدد سريع لدفع الروبوت إلى الأمام.[41] سيؤدي هذا التمدد والانكماش المتكرر والسريع إلى خلق بيئة من التحميل الدوري المكثف على المادة الپوليمرية المختارة. الروبوت في مكان بعيد تحت الماء أو على جسم كوكبي بعيد مثل أوروپا سيكون من المستحيل عملياً تصحيحه أو استبداله، لذلك يجب توخي الحذر لاختيار مادة وتصميم يقللان من بدء وانتشار شقوق الإجهاد. على وجه الخصوص، يجب على المرء أن يختار مادة ذات حد الإجهاد، أو تردد اتساع إجهاد لا تعتمد فوقه استجابة كلال الپوليمر على التردد.[52]

قصور الهشاشة عند البرودة

ثانياً، نظراً لأن الروبوتات اللينة مصنوعة من مواد عالية التوافق، يجب على المرء مراعاة تأثيرات درجة الحرارة. يميل إجهاد الخضوع للمادة إلى الانخفاض مع درجة الحرارة، وفي المواد الپوليمرية يكون هذا التأثير مبالغاً فيه.[52]في درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن تمتد السلاسل الطويلة في العديد من الپوليمرات وتنزلق مع بعضها البعض، مما يمنع التركيز المحلي للضغط في منطقة واحدة ويجعل المادة مطيلة.[53]لكن تخضع معظم الپوليمرات لدرجة حرارة انتقال مطيل إلى هش[54] التي تحتها لا توجد طاقة حرارية كافية للسلاسل الطويلة للاستجابة بهذه الطريقة المطيلة، ويكون الكسر أكثر احتمالاً. يُعتقد في الواقع أن ميل المواد الپوليمرية إلى أن تصبح هشة في درجات حرارة منخفضة هو المسؤول عن كارثة مكوك الفضاء تشالنجر، ويجب أن يؤخذ على محمل الجد، خاصة بالنسبة للروبوتات اللينة التي سيتم تنفيذها في الطب. لا يلزم أن تكون درجة حرارة الانتقال من المطالة إلى الهشاشة ما قد يعتبره المرء "تبرداً"، وهي في الواقع سمة من سمات المادة نفسها، اعتماداً على تبلورها وصلابتها وحجم المجموعة الجانبية (في حالة الپوليمرات) وغيرها من عوامل.[54]

المجلات الدولية

  • الروبوتات (الرخوة) اللينة (SoRo)
  • قسم الروبوتات اللينة (الرخوة) أقصى ما توصل إليه العلم في الروبوتات والذكاء الاصطناعي
  • علوم الروبوتات

الأحداث الدولية

  • 2018 Robosoft, first IEEE International Conference on Soft Robotics, April 24–28, 2018, Livorno, Italy
  • 2017 IROS 2017 Workshop on Soft Morphological Design for Haptic Sensation, Interaction and Display, 24 September 2017, Vancouver, BC, Canada
  • 2016 First Soft Robotics Challenge, April 29–30, Livorno, Italy
  • 2016 Soft Robotics week, April 25–30, Livorno, Italy
  • 2015 "Soft Robotics: Actuation, Integration, and Applications – Blending research perspectives for a leap forward in soft robotics technology" at ICRA2015, Seattle WA
  • 2014 Workshop on Advances on Soft Robotics, 2014 Robotics Science and Systems (RSS) Conference, Berkeley, CA, July 13, 2014
  • 2013 International Workshop on Soft Robotics and Morphological Computation, Monte Verità, July 14–19, 2013
  • 2012 Summer School on Soft Robotics, Zurich, June 18–22, 2012

في الثقافة الشعبية

 
روبوت كريس أتكسون الذي ألهم إنشاء Baymax[55]

فيلم ديزني لعام 2014 Big Hero 6 يتميز بإنسان آلي لين، Baymax، مصمم أصلاً للاستخدام في قطاع الرعاية الصحية. في الفيلم، تم تصوير Baymax كإنسان آلي كبير ولكنه غير مخيف بهيكل خارجي من الڤينيل المتضخم يحيط بهيكل عظمي ميكانيكي. يأتي أساس مفهوم Baymax من أبحاث الحياة الواقعية حول تطبيقات الروبوتات اللينة الرخوة في مجال الرعاية الصحية، مثل عمل عالم الروبوتات كريس أتكسون في معهد الروبوتات في كارنگي ملون .[56]

يعرض فيلم الرسوم المتحركة من سوني لعام 2018 Spider-Man: Into the Spider-Verse نسخة أنثوية من Doctor Octopus مجرمة خارقة التي تستخدم مخالب باستخدام الروبوتات الرخوة لإخضاع خصومها.

في الحلقة 4 من مسلسل الرسوم المتحركة Helluva Boss، يستخدم المخترع Loopty Goopty مخالب مع الروبوتات اللينة/الرخوة بأسلحة مختلفة لتهديد أعضاء I.M.P بقتل صديقه، Lyle Lipton.

انظر أيضاً

روابط خارجية

المراجع

  1. ^ أ ب ت Rus, Daniela; Tolley, Michael T. (27 May 2015). "Design, fabrication and control of soft robots" (PDF). Nature. 521 (7553): 467–475. Bibcode:2015Natur.521..467R. doi:10.1038/nature14543. hdl:1721.1/100772. PMID 26017446. S2CID 217952627.
  2. ^ Kim, Sangbae; Laschi, Cecilia; Trimmer, Barry (2013). "Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics". Trends in Biotechnology. 31 (5): 287–94. doi:10.1016/j.tibtech.2013.03.002. PMID 23582470.
  3. ^ Bongard, Josh (2013). "Evolutionary Robotics". Communications of the ACM. 56 (8): 74–83. doi:10.1145/2492007.2493883.
  4. ^ أ ب ت Li, Suyi; Wang, K. W. (1 January 2017). "Plant-inspired adaptive structures and materials for morphing and actuation: a review". Bioinspiration & Biomimetics. 12 (1): 011001. Bibcode:2017BiBi...12a1001L. doi:10.1088/1748-3190/12/1/011001. ISSN 1748-3190. PMID 27995902.
  5. ^ Dumais, Jacques; Forterre, Yoël (21 January 2012). ""Vegetable Dynamicks": The Role of Water in Plant Movements". Annual Review of Fluid Mechanics. 44 (1): 453–478. Bibcode:2012AnRFM..44..453D. doi:10.1146/annurev-fluid-120710-101200.
  6. ^ Katifori, Eleni; Alben, Silas; Cerda, Enrique; Nelson, David R.; Dumais, Jacques (27 April 2010). "Foldable structures and the natural design of pollen grains" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (17): 7635–7639. Bibcode:2010PNAS..107.7635K. doi:10.1073/pnas.0911223107. PMC 2867878. PMID 20404200.
  7. ^ Dawson, Colin; Vincent, Julian F. V.; Rocca, Anne-Marie (18 December 1997). "How pine cones open". Nature. 390 (6661): 668. Bibcode:1997Natur.390..668D. doi:10.1038/37745. S2CID 4415713.
  8. ^ أ ب ت Cho, Kyu-Jin; Koh, Je-Sung; Kim, Sangwoo; Chu, Won-Shik; Hong, Yongtaek; Ahn, Sung-Hoon (11 October 2009). "Review of manufacturing processes for soft biomimetic robots". International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 10 (3): 171–181. doi:10.1007/s12541-009-0064-6. S2CID 135714305.
  9. ^ Kim, S.; Spenko, M.; Trujillo, S.; Heyneman, B.; Mattoli, V.; Cutkosky, M. R. (1 April 2007). Whole body adhesion: hierarchical, directional and distributed control of adhesive forces for a climbing robot. pp. 1268–1273. CiteSeerX 10.1.1.417.3488. doi:10.1109/ROBOT.2007.363159. ISBN 978-1-4244-0602-9. S2CID 15574417. {{cite book}}: |journal= ignored (help)
  10. ^ Cham, Jorge G.; Bailey, Sean A.; Clark, Jonathan E.; Full, Robert J.; Cutkosky, Mark R. (1 October 2002). "Fast and Robust: Hexapedal Robots via Shape Deposition Manufacturing". The International Journal of Robotics Research. 21 (10–11): 869–882. doi:10.1177/0278364902021010837. ISSN 0278-3649. S2CID 9390666.
  11. ^ Schaffner, Manuel; Faber, Jakbo A.; Pianegonda, Lucas R.; Rühs, Patrick A.; Coulter, Fergal; Studart, André R. (2018-02-28). "3D printing of robotic soft actuators with programmable bioinspired architectures". Nature Communications. 9 (1): 878. Bibcode:2018NatCo...9..878S. doi:10.1038/s41467-018-03216-w. PMC 5830454. PMID 29491371.
  12. ^ أ ب Truby, Ryan L.; Lewis, Jennifer A. (14 December 2016). "Printing soft matter in three dimensions". Nature. 540 (7633): 371–378. Bibcode:2016Natur.540..371T. doi:10.1038/nature21003. PMID 27974748. S2CID 4456437.
  13. ^ Bauer, Siegfried; Suo, Zhigang; Baumgartner, Richard; Li, Tiefeng; Keplinger, Christoph (2011-12-08). "Harnessing snap-through instability in soft dielectrics to achieve giant voltage-triggered deformation". Soft Matter. 8 (2): 285–288. doi:10.1039/C1SM06736B. ISSN 1744-6848. S2CID 97177819.
  14. ^ Koh, Soo Jin Adrian; Zhao, Xuanhe; Suo, Zhigang (June 2009). "Maximal energy that can be converted by a dielectric elastomer generator". Applied Physics Letters. 94 (26): 26. Bibcode:2009ApPhL..94z2902K. doi:10.1063/1.3167773. S2CID 110788856.
  15. ^ Diaham, S.; Zelmat, S.; Locatelli, M.-; Dinculescu, S.; Decup, M.; Lebey, T. (February 2010). "Dielectric breakdown of polyimide films: Area, thickness and temperature dependence". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 17 (1): 18–27. doi:10.1109/TDEI.2010.5411997. ISSN 1070-9878. S2CID 27270176.
  16. ^ أ ب Hines, Lindsey; Petersen, Kirstin; Lum, Guo Zhan; Sitti, Metin (2017). "Soft Actuators for Small-Scale Robotics". Advanced Materials. 29 (13): 1603483. doi:10.1002/adma.201603483. ISSN 1521-4095. PMID 28032926. S2CID 205272668.
  17. ^ Keplinger, C.; Radakovitz, M.; King, M.; Benjamin, C.; Emmett, M. B.; Morrissey, T. G.; Mitchell, S. K.; Acome, E. (2018-01-05). "Hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators with muscle-like performance". Science. 359 (6371): 61–65. Bibcode:2018Sci...359...61A. doi:10.1126/science.aao6139. ISSN 1095-9203. PMID 29302008.
  18. ^ Keplinger, Christoph; Mitchell, Shane K.; Smith, Garrett M.; Venkata, Vidyacharan Gopaluni; Kellaris, Nicholas (2018-01-05). "Peano-HASEL actuators: Muscle-mimetic, electrohydraulic transducers that linearly contract on activation". Science Robotics. 3 (14). eaar3276. doi:10.1126/scirobotics.aar3276. ISSN 2470-9476. PMID 33141696.
  19. ^ Mather, P. T.; Qin, H.; Liu, C. (2007-04-10). "Review of progress in shape-memory polymers". Journal of Materials Chemistry. 17 (16): 1543–1558. doi:10.1039/B615954K. ISSN 1364-5501.
  20. ^ Peng, Yuxing; Ding, Xiaobin; Zheng, Zhaohui; Pan, Yi; Xia, Shuang; Liu, Tuo; Li, Jing (2011-08-09). "A versatile approach to achieve quintuple-shape memory effect by semi-interpenetrating polymer networks containing broadened glass transition and crystalline segments". Journal of Materials Chemistry. 21 (33): 12213–12217. doi:10.1039/C1JM12496J. ISSN 1364-5501.
  21. ^ Langer, Robert; Lendlein, Andreas (2002-05-31). "Biodegradable, Elastic Shape-Memory Polymers for Potential Biomedical Applications". Science. 296 (5573): 1673–1676. Bibcode:2002Sci...296.1673L. doi:10.1126/science.1066102. ISSN 1095-9203. PMID 11976407. S2CID 21801034.
  22. ^ Anthamatten, Mitchell; Roddecha, Supacharee; Li, Jiahui (2013-05-28). "Energy Storage Capacity of Shape-Memory Polymers". Macromolecules. 46 (10): 4230–4234. Bibcode:2013MaMol..46.4230A. doi:10.1021/ma400742g. ISSN 0024-9297.
  23. ^ Medina, Oded; Shapiro, Amir; Shvalb, Nir (2015). "Kinematics for an Actuated Flexible n-Manifold". Journal of Mechanisms and Robotics. 8 (2): 021009. doi:10.1115/1.4031301. ISSN 1942-4302.
  24. ^ Kim, Sangbae; Laschi, Cecilia; Trimmer, Barry (May 2013). "Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics". Trends in Biotechnology. 31 (5): 287–294. doi:10.1016/j.tibtech.2013.03.002. PMID 23582470.
  25. ^ Guan, Nan; Wang, Qixin; Li, Shuai; Shao, Zili; Khan, Ameer Hamza; Khan, Ameer Hamza; Shao, Zili; Li, Shuai; Wang, Qixin; Guan, Nan (March 2020). "Which is the Best PID Variant for Pneumatic Soft Robots? An Experimental Study". IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 7 (2): 1–10.
  26. ^ Stassi, Stefano, et al. "Flexible tactile sensing based on piezoresistive composites: A review." Sensors 14.3 (2014): 5296-5332.
  27. ^ Y. Park, B. Chen and R. J. Wood, "Design and Fabrication of Soft Artificial Skin Using Embedded Microchannels and Liquid Conductors," in IEEE Sensors Journal, vol. 12, no. 8, pp. 2711-2718, Aug. 2012, doi: 10.1109/JSEN.2012.2200790.
  28. ^ Chossat, Jean-Baptiste, et al. "A soft strain sensor based on ionic and metal liquids." Ieee sensors journal 13.9 (2013): 3405-3414.
  29. ^ L. Seminara, L. Pinna, M. Valle, L. Basiricò, A. Loi, P. Cosseddu,A. Bonfiglio, A. Ascia, M. Biso, A. Ansaldoet al., "Piezoelectricpolymer transducer arrays for flexible tactile sensors,"IEEE SensorsJournal, vol. 13, no. 10, pp. 4022–4029, 2013
  30. ^ Li, Chunyan, et al. "Flexible dome and bump shape piezoelectric tactile sensors using PVDF-TrFE copolymer." Journal of Microelectromechanical Systems 17.2 (2008): 334-341.
  31. ^ H. Wang, D. Jones, G. de Boer, J. Kow, L. Beccai, A. Alazmani, andP. Culmer, "Design and characterization of tri-axis soft inductive tactilesensors,"IEEE Sensors Journal, vol. 18, no. 19, pp. 7793–7801, 2018
  32. ^ A. Frutiger, J. T. Muth, D. M. Vogt, Y. Mengüç, A. Campo, A. D.Valentine, C. J. Walsh, and J. A. Lewis, "Capacitive soft strain sensorsvia multicore–shell fiber printing,"Advanced Materials, vol. 27, no. 15,pp. 2440–2446, 2015
  33. ^ . Wang, D. Jones, G. de Boer, J. Kow, L. Beccai, A. Alazmani, andP. Culmer, "Design and characterization of tri-axis soft inductive tactilesensors,"IEEE Sensors Journal, vol. 18, no. 19, pp. 7793–7801, 2018
  34. ^ T. Hellebrekers, O. Kroemer, and C. Majidi, "Soft magnetic skin forcontinuous deformation sensing,"Advanced Intelligent Systems, vol. 1,no. 4, p. 1900025, 2019
  35. ^ Zhao, Huichan, et al. "Optoelectronically innervated soft prosthetic hand via stretchable optical waveguides." Science robotics 1.1 (2016).
  36. ^ C. To, T. L. Hellebrekers, and Y.-L. Park, "Highly stretchable opticalsensors for pressure, strain, and curvature measurement," in2015IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS). IEEE, 2015, pp. 5898–5903
  37. ^ C. B. Teeple, K. P. Becker, and R. J. Wood, "Soft curvature and contactforce sensors for deep-sea grasping via soft optical waveguides," in2018IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS). IEEE, 2018, pp. 1621–1627.
  38. ^ Chossat, Jean-Baptiste; Shull, Peter B. (2021-01-01). "Soft Acoustic Waveguides for Strain, Deformation, Localization, and Twist Measurements". IEEE Sensors Journal. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 21 (1): 222–230. doi:10.1109/jsen.2020.3013067. ISSN 1530-437X.
  39. ^ Cianchetti, Matteo; Ranzani, Tommaso; Gerboni, Giada; Nanayakkara, Thrishantha; Althoefer, Kaspar; Dasgupta, Prokar; Menciassi, Arianna (1 June 2014). "Soft Robotics Technologies to Address Shortcomings in Today's Minimally Invasive Surgery: The STIFF-FLOP Approach". Soft Robotics. 1 (2): 122–131. doi:10.1089/soro.2014.0001. ISSN 2169-5172.
  40. ^ Walsh, Conor; Wood, Robert (5 August 2016). "Soft Exosuits". Wyss Institute. Retrieved 27 April 2017.
  41. ^ أ ب Ju, Anne (May 12, 2015). "Soft robot to swim through Europa's oceans". Cornell Chronicle (in الإنجليزية). Retrieved 2019-05-23.
  42. ^ "Soft robot dives 10 km under the ocean". Physics World. 23 March 2021. Retrieved 17 April 2021.
  43. ^ Laschi, Cecilia; Calisti, Marcello (March 2021). "Soft robot reaches the deepest part of the ocean". Nature (in الإنجليزية). 591 (7848): 35–36. doi:10.1038/d41586-021-00489-y. Retrieved 17 April 2021.
  44. ^ Li, Guorui; Chen, Xiangping; Zhou, Fanghao; Liang, Yiming; Xiao, Youhua; Cao, Xunuo; Zhang, Zhen; Zhang, Mingqi; Wu, Baosheng; Yin, Shunyu; Xu, Yi; Fan, Hongbo; Chen, Zheng; Song, Wei; Yang, Wenjing; Pan, Binbin; Hou, Jiaoyi; Zou, Weifeng; He, Shunping; Yang, Xuxu; Mao, Guoyong; Jia, Zheng; Zhou, Haofei; Li, Tiefeng; Qu, Shaoxing; Xu, Zhongbin; Huang, Zhilong; Luo, Yingwu; Xie, Tao; Gu, Jason; Zhu, Shiqiang; Yang, Wei (March 2021). "Self-powered soft robot in the Mariana Trench". Nature (in الإنجليزية). 591 (7848): 66–71. Bibcode:2021Natur.591...66L. doi:10.1038/s41586-020-03153-z. ISSN 1476-4687. PMID 33658693. S2CID 232114871. Retrieved 17 April 2021.
  45. ^ "Soft Robotic Dragonfly Signals Environmental Disruptions". Duke Pratt School of Engineering (in الإنجليزية). 2021-03-25. Retrieved 2021-07-02.
  46. ^ "DraBot: A soft robotic dragonfly that senses and monitors its environment". Advanced Science News (in الإنجليزية الأمريكية). 2021-03-25. Retrieved 2021-07-02.
  47. ^ Kumar, Vardhman; Ko, Ung Hyun; Zhou, Yilong; Hoque, Jiaul; Arya, Gaurav; Varghese, Shyni (2021). "Microengineered Materials with Self-Healing Features for Soft Robotics". Advanced Intelligent Systems (in الإنجليزية). 3 (7): 2100005. doi:10.1002/aisy.202100005. ISSN 2640-4567.
  48. ^ Temming, Maria (9 April 2018). "A new soft bot mimics octopuses and inchworms to climb walls". Science News. Retrieved 4 August 2022.
  49. ^ Conner-Simons, Adam (March 21, 2018). "Soft robotic fish swims alongside real ones in coral reefs". MIT News (in الإنجليزية).
  50. ^ Kim, Hyeonseok; Choi, Joonhwa; Kim, Kyun Kyu; Won, Phillip; Hong, Sukjoon; Ko, Seung Hwan (10 August 2021). "Biomimetic chameleon soft robot with artificial crypsis and disruptive coloration skin". Nature Communications (in الإنجليزية). 12 (1): 4658. doi:10.1038/s41467-021-24916-w. ISSN 2041-1723.
  51. ^ Crawford, Mark (August 16, 2019). "Soft Robots Are Essential for Future Space Exploration". American Society of Mechanical Engineers (ASME) (in الإنجليزية). Retrieved 4 August 2022.
  52. ^ أ ب Courtney, Thomas H. (2000). Mechanical behavior of materials (2nd ed.). Boston: McGraw Hill. ISBN 0070285942. OCLC 41932585.
  53. ^ Dunn, Peter (June 2, 2009). "Why do plastics get brittle when they get cold?". MIT School of Engineering (in الإنجليزية الأمريكية). Retrieved 2019-05-23.
  54. ^ أ ب "Brittle-Ductile Transition". polymerdatabase.com. Retrieved 2019-05-23.
  55. ^ Ulanoff, Lance (7 November 2014). "'Big Hero 6' star Baymax was inspired by a real robot". Mashable. Retrieved 20 January 2019.
  56. ^ Trimboli, Brian (Nov 9, 2014). "CMU's soft robotics inspire Disney's movie Big Hero 6". The Tartan. Carnegie Mellon University. Retrieved 2016-08-15.
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=روبوت_رخو&oldid=2892918"