پژوهشگران با الهام از خاصیت چسبندگی کف پاهای مارمولک، موفق به ساخت میکرورباتی شده‌اند که دارای پدهایی با خاصیت چسبندگی الکتریکی (electroadhesive) در ناحیه پا می‌باشد. این ویژگی به ربات اجازه داده از سطوح عمودی رسانا به بالا و پایین حرکت کند. این سطوح به دیواره‌های درون موتورهای جت تجاری شباهت بسیاری دارند. روزی گروه‌هایی از این رباتها جهت سرویس ماشین آلات پیچیده و تشخیص معایب آنها در نهایت امنیت و در عین حال با کاهش هزینه‌های تعمیر، مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
موتورهای جت می‌توانند تا حدود 2500 قطعه مجزا داشته باشند
موتورهای جت می‌توانند تا حدود 2500 قطعه مجزا داشته باشند، بطوریکه سرویس منظم آنها کار خسته کننده‌ای است. برآورد زمان مورد نیاز جهت سرویس هر موتور، بیش از یک ماه خواهد بود. بسیاری از قطعات در قسمتهایی از موتور قرار گرفته‌اند که کنترل و سرویس آنها بدون باز کردن موتور امکان پذیر نبوده که این امر خود موجب طولانی شدن زمان و افزایش هزینه سرویس می‌شود. این مشکل تنها محدود به موتورهای جت نمی‌شود، بلکه بسیاری از ماشین آلات پیچیده و گرانقیمت مانند تجهیزات ساخت و ساز، ژنراتورها و ابزار آلات علمی جهت سرویس و تعمیر نیازمند سرمایه گذاری‌های کلان و صرف وقت بسیار هستند.
پژوهشگران مؤسسه ویس از دانشگاه هاروارد در بخش مهندسی الهام گرفته از طبیعت (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ) و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان پالسون ( (SEASموفق به ساخت میکرورباتی شده‌اند که پدهای با خاصیت چسبندگی الکتریکی، مفاصل اریگامی و به ویژه نحوه راه رفتن مهندسی شده آن، امکان حرکت این ربات را در سطوح رسانای عمودی و افقی همانند دیواره‌های درون موتورهای جت تجاری فراهم می‌سازد. این تلاش در نشریه رباتیک ساینس منتشر شده است.
به گفته‌ی نویسنده اصلی این مقاله یعنی سباستین دی ریواز پژوهشگر پیشین مؤسسه ویس و SEAS که اکنون در کمپانی اپل مشغول به فعالیت است: «اکنون این رباتها بجای آنکه بر روی یک سطح صاف تنها رو به جلو و عقب حرکت کنند، قادر به کاوش در سه بعد می‌باشند». وی می‌افزاید: «آنها روزی قادر خواهند بود که در مکانهای غیر قابل دسترس ماشین آلات سنگین وارد شوند، در نتیجه کمپانیها می‌توانند به منظور صرفه جویی در هزینه و زمان جهت سرویس قطعات ماشین‌آلات خود از این ربات بهره ببرند. این درحالی است که کار سرویس نیز با امنیت بیشتری انجام خواهد شد».
این ربات جدید که HAMR-E نام دارد، با هدف ورود به نقاط غیر قابل دسترس موتورهای جت ساخته شد. رباتهای بالا رونده موجود می‌توانند از عهده سطوح عمودی برآیند، اما زمانی که سعی در حرکت رو به پایین از این سطوح می‌کنند با مشکل روبرو می‌شوند به این دلیل که به نیروی چسبندگی بسیاری نیاز دارند که از سقوط آنها جلوگیری شود.
این تیم ربات HAMR-E خود را بر اساس میکروربات موجود موسوم به HAMR طراحی کردند به طوریکه HAMR دارای چهار پا بوده و قادر است بر روی سطوح مسطح راه رفته و درون آب شنا کند. با وجود آنکه طراحی اولیه HAMR-E شبیه به HAMR بود اما دانشمندان مجبور بودند بر چالشهایی فائق آیند تا بدین ترتیب HAMR-E بتواند با موفقیت به سطوح عمودی، وارونه و خمیده که در موتور یک جت با آن مواجه می‌شود، چسبیده و حرکت نماید.
پدها علاوه بر تأمین نیروهای چسبندگی بالا همچنین به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قابلیت انعطاف داشته در نتیجه ربات قادر خواهد بود از سطوح خمیده یا غیر مسطح بالا رود برای این منظور آنها نیاز داشتند در پاهای این ربات نه تنها پدهایی با خاصیت چسبندگی قرار دهند تا بتوانند ربات را به سطوح مسطح، عمودی و وارونه بچسبانند، بلکه این پدهای چسبنده بایستی این قابلیت را داشته باشند که از سطح جدا شده و به ربات اجازه داده، با بلند کردن و گذاشتن پاهای خود حرکت نماید. این پدها از یک الکترود مسی با روکش پلی ایمید تشکیل شده‌اند. این الکترود تولید نیروی‌های الکترواستاتیک میان پدها و سطح رسانای زیرین را مقدور می‌سازد. این پدها می‌توانند با قطع و وصل شدن میدان الکتریکی به راحتی از سطح جدا شده و مجدداً به آن بچسبند. این میدان الکتریکی با ولتاژی مشابه با ولتاژ مورد نیاز جهت به حرکت درآوردن پاهای ربات به کار افتاده در نتیجه توان برقی مضاعف بسیار کمی برای این کار نیاز خواهد بود. پدهای با خاصیت چسبندگی الکتریکی می‌توانند نیروهای برشی معادل با 56ر5 گرم و نیروهای طبیعی معادل با 20ر6 گرم یعنی چیزی بیشتر از مقدار مورد نیاز جهت حفظ یک ربات 48ر1 گرم از سرخوردن یا سقوط از سطح بالا رونده تولید کنند. این پدها علاوه بر تأمین نیروهای چسبندگی بالا همچنین به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قابلیت انعطاف داشته در نتیجه ربات قادر خواهد بود از سطوح خمیده یا غیر مسطح بالا رود.
دانشمندان همچنین در قسمت مچ پا HAMR-E مفاصلی طراحی کردند که در سه بعد چرخیده به گونه‌ای که چرخش پاهای ربات را به هنگام راه رفتن متعادل ساخته و به آن امکان می‌دهد به هنگام بالا رفتن از سطح تعادل خود را حفظ کند.
در نهایت این پژوهشگران الگوی حرکت ویژه‌ای برای این ربات طراحی کردند به این دلیل که به منظور جلوگیری از سقوط یا سُر خوردن ربات لازم بود سه پد آن یک سطح عمودی یا وارونه را در تمام مدت لمس کنند. یکی از پاها از سطح جدا شده، رو به جلو در نوسان بوده و در حالی که سه پای دیگر به سطح چسبیده‌اند، مجدداً به آن می‌چسبد. در آن واحد، به منظور جلوگیری از خروج و انحراف ربات از سطح بالا رونده در طول مرحله نوسان پا، نیروی گشتاور اندکی به صورت اریب توسط پایی که از سطح جدا شده است، اعمال می‌شود. این فرایند در سه پای دیگر نیز تکرار شده تا بدین ترتیب چرخه کاملی شکل گیرد و همچنین با الگوی میدان الکتریکی که هر پا را بکار می‌انداز هماهنگ شود.
با آزمودن HAMR-E بر روی سطوح عمودی و وارونه مشخص شد که این ربات قادر است بیش از یکصد قدم متوالی و بدون جدا شدن از سطح بردارد. او با سرعتی قابل مقایسه با سایر رباتهای بالا رونده کوچک بر روی سطوح وارونه قدم برداشته و کمی آهسته‌تر از سایر رباتهای بالا رونده در سطوح عمودی حرکت می‌کرد، اما بر روی سطوح افقی به طور قابل ملاحظه‌ای سریعتر عمل کرده بطوریکه گزینه‌ای مناسب برای بررسی و کاوش در محیط‌هایی است که دارای سطوح متنوع و آرایش فضایی متفاوت هستند. این ربات همچنین قادر است چرخش 180 درجه‌ای در سطوح افقی از خود نشان دهد.
این تیم به تلاش خود جهت بهبود عملکرد HAMR-E ادامه داده و قصد دارند حسگرهایی در پاهای این ربات قرار دهند که بتوانند پدهای پا جدا شده را تشخیص و تعدیل سازند به طوریکه به ربات در جلوگیری از سقوط از سطوح عمودی یا وارونه کمک خواهد کرد. ظرفیت باربری HAMR-E نیز بیشتر از وزن آن است که خود امکان حمل یک منبع انرژی و سایر وسایل الکترونیکی و حسگرهایی را جهت سرکشی و بررسی محیط‌های مختلف فراهم می‌سازد. این تیم همچنین در حال بررسی گزینه‌هایی بوده که از HAMR-E بتوانند بر روی سطوح نارسانا استفاده کنند.
موتورهای جت می‌توانند تا حدود 2500 قطعه مجزا داشته باشند
موتورهای جت می‌توانند تا حدود 2500 قطعه مجزا داشته باشند، بطوریکه سرویس منظم آنها کار خسته کننده‌ای است. برآورد زمان مورد نیاز جهت سرویس هر موتور، بیش از یک ماه خواهد بود. بسیاری از قطعات در قسمتهایی از موتور قرار گرفته‌اند که کنترل و سرویس آنها بدون باز کردن موتور امکان پذیر نبوده که این امر خود موجب طولانی شدن زمان و افزایش هزینه سرویس می‌شود. این مشکل تنها محدود به موتورهای جت نمی‌شود، بلکه بسیاری از ماشین آلات پیچیده و گرانقیمت مانند تجهیزات ساخت و ساز، ژنراتورها و ابزار آلات علمی جهت سرویس و تعمیر نیازمند سرمایه گذاری‌های کلان و صرف وقت بسیار هستند.
پژوهشگران مؤسسه ویس از دانشگاه هاروارد در بخش مهندسی الهام گرفته از طبیعت (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ) و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان پالسون ( (SEASموفق به ساخت میکرورباتی شده‌اند که پدهای با خاصیت چسبندگی الکتریکی، مفاصل اریگامی و به ویژه نحوه راه رفتن مهندسی شده آن، امکان حرکت این ربات را در سطوح رسانای عمودی و افقی همانند دیواره‌های درون موتورهای جت تجاری فراهم می‌سازد. این تلاش در نشریه رباتیک ساینس منتشر شده است.
به گفته‌ی نویسنده اصلی این مقاله یعنی سباستین دی ریواز پژوهشگر پیشین مؤسسه ویس و SEAS که اکنون در کمپانی اپل مشغول به فعالیت است: «اکنون این رباتها بجای آنکه بر روی یک سطح صاف تنها رو به جلو و عقب حرکت کنند، قادر به کاوش در سه بعد می‌باشند». وی می‌افزاید: «آنها روزی قادر خواهند بود که در مکانهای غیر قابل دسترس ماشین آلات سنگین وارد شوند، در نتیجه کمپانیها می‌توانند به منظور صرفه جویی در هزینه و زمان جهت سرویس قطعات ماشین‌آلات خود از این ربات بهره ببرند. این درحالی است که کار سرویس نیز با امنیت بیشتری انجام خواهد شد».
این ربات جدید که HAMR-E نام دارد، با هدف ورود به نقاط غیر قابل دسترس موتورهای جت ساخته شد. رباتهای بالا رونده موجود می‌توانند از عهده سطوح عمودی برآیند، اما زمانی که سعی در حرکت رو به پایین از این سطوح می‌کنند با مشکل روبرو می‌شوند به این دلیل که به نیروی چسبندگی بسیاری نیاز دارند که از سقوط آنها جلوگیری شود.
این تیم ربات HAMR-E خود را بر اساس میکروربات موجود موسوم به HAMR طراحی کردند به طوریکه HAMR دارای چهار پا بوده و قادر است بر روی سطوح مسطح راه رفته و درون آب شنا کند. با وجود آنکه طراحی اولیه HAMR-E شبیه به HAMR بود اما دانشمندان مجبور بودند بر چالشهایی فائق آیند تا بدین ترتیب HAMR-E بتواند با موفقیت به سطوح عمودی، وارونه و خمیده که در موتور یک جت با آن مواجه می‌شود، چسبیده و حرکت نماید.
پدها علاوه بر تأمین نیروهای چسبندگی بالا همچنین به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قابلیت انعطاف داشته در نتیجه ربات قادر خواهد بود از سطوح خمیده یا غیر مسطح بالا رود برای این منظور آنها نیاز داشتند در پاهای این ربات نه تنها پدهایی با خاصیت چسبندگی قرار دهند تا بتوانند ربات را به سطوح مسطح، عمودی و وارونه بچسبانند، بلکه این پدهای چسبنده بایستی این قابلیت را داشته باشند که از سطح جدا شده و به ربات اجازه داده، با بلند کردن و گذاشتن پاهای خود حرکت نماید. این پدها از یک الکترود مسی با روکش پلی ایمید تشکیل شده‌اند. این الکترود تولید نیروی‌های الکترواستاتیک میان پدها و سطح رسانای زیرین را مقدور می‌سازد. این پدها می‌توانند با قطع و وصل شدن میدان الکتریکی به راحتی از سطح جدا شده و مجدداً به آن بچسبند. این میدان الکتریکی با ولتاژی مشابه با ولتاژ مورد نیاز جهت به حرکت درآوردن پاهای ربات به کار افتاده در نتیجه توان برقی مضاعف بسیار کمی برای این کار نیاز خواهد بود. پدهای با خاصیت چسبندگی الکتریکی می‌توانند نیروهای برشی معادل با 56ر5 گرم و نیروهای طبیعی معادل با 20ر6 گرم یعنی چیزی بیشتر از مقدار مورد نیاز جهت حفظ یک ربات 48ر1 گرم از سرخوردن یا سقوط از سطح بالا رونده تولید کنند. این پدها علاوه بر تأمین نیروهای چسبندگی بالا همچنین به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قابلیت انعطاف داشته در نتیجه ربات قادر خواهد بود از سطوح خمیده یا غیر مسطح بالا رود.
دانشمندان همچنین در قسمت مچ پا HAMR-E مفاصلی طراحی کردند که در سه بعد چرخیده به گونه‌ای که چرخش پاهای ربات را به هنگام راه رفتن متعادل ساخته و به آن امکان می‌دهد به هنگام بالا رفتن از سطح تعادل خود را حفظ کند.
در نهایت این پژوهشگران الگوی حرکت ویژه‌ای برای این ربات طراحی کردند به این دلیل که به منظور جلوگیری از سقوط یا سُر خوردن ربات لازم بود سه پد آن یک سطح عمودی یا وارونه را در تمام مدت لمس کنند. یکی از پاها از سطح جدا شده، رو به جلو در نوسان بوده و در حالی که سه پای دیگر به سطح چسبیده‌اند، مجدداً به آن می‌چسبد. در آن واحد، به منظور جلوگیری از خروج و انحراف ربات از سطح بالا رونده در طول مرحله نوسان پا، نیروی گشتاور اندکی به صورت اریب توسط پایی که از سطح جدا شده است، اعمال می‌شود. این فرایند در سه پای دیگر نیز تکرار شده تا بدین ترتیب چرخه کاملی شکل گیرد و همچنین با الگوی میدان الکتریکی که هر پا را بکار می‌انداز هماهنگ شود.
با آزمودن HAMR-E بر روی سطوح عمودی و وارونه مشخص شد که این ربات قادر است بیش از یکصد قدم متوالی و بدون جدا شدن از سطح بردارد. او با سرعتی قابل مقایسه با سایر رباتهای بالا رونده کوچک بر روی سطوح وارونه قدم برداشته و کمی آهسته‌تر از سایر رباتهای بالا رونده در سطوح عمودی حرکت می‌کرد، اما بر روی سطوح افقی به طور قابل ملاحظه‌ای سریعتر عمل کرده بطوریکه گزینه‌ای مناسب برای بررسی و کاوش در محیط‌هایی است که دارای سطوح متنوع و آرایش فضایی متفاوت هستند. این ربات همچنین قادر است چرخش 180 درجه‌ای در سطوح افقی از خود نشان دهد.
این تیم به تلاش خود جهت بهبود عملکرد HAMR-E ادامه داده و قصد دارند حسگرهایی در پاهای این ربات قرار دهند که بتوانند پدهای پا جدا شده را تشخیص و تعدیل سازند به طوریکه به ربات در جلوگیری از سقوط از سطوح عمودی یا وارونه کمک خواهد کرد. ظرفیت باربری HAMR-E نیز بیشتر از وزن آن است که خود امکان حمل یک منبع انرژی و سایر وسایل الکترونیکی و حسگرهایی را جهت سرکشی و بررسی محیط‌های مختلف فراهم می‌سازد. این تیم همچنین در حال بررسی گزینه‌هایی بوده که از HAMR-E بتوانند بر روی سطوح نارسانا استفاده کنند.
مترجم: رزیتا ملکی‌زاده
برگرفته از سایت sciencedaily
