ربات های نرم انعطاف پذیر برای بازرسی از خطوط لوله صنعتی پیچیده

ارتباطات بی سیم اغلب برای انتقال داده های زمان واقعی مورد نیاز است، اما دیواره های فلزی ضخیم لوله ها می توانند سیگنال های را کاهش دهند. محققان در حال بررسی وای فای صوتی یا انتقال داده ها از طریق tether ربات برای غلبه بر این چالش هستند.

برنامه های کاربردی در صنایع مختلف

نفت و گاز

در عملیات بالادستی و پایین، خطوط لوله حمل نفت خام، گاز طبیعی و محصولات تصفیه شده در مسافت های طولانی، خوردگی، فرسایش و شکاف های خستگی تهدیدات رایج هستند. ربات های نرم می توانند شبکه پیچیده ای از افزایش دهنده ها، جریان ها و خطوط لوله های زیر دریایی را که در آن ابزار سنتی شکست می خورند، هدایت کنند.

تولید شیمیایی

گیاهان شیمیایی از لوله های حامل مایعات تهاجمی در دماها و فشارهای مختلف استفاده می کنند. ربات های نرم ساخته شده از elastomer های مقاوم در برابر محیط های اسیدی یا قلیایی مقاومت می کنند در حالی که انجام بازرسی ها، تماس ملایم آنها از جرقه زدن و کاهش خطر انفجار در تنظیمات فرار جلوگیری می کند.

آب و آب

سیستم های آب شهری اغلب لوله های پیری با ترک، نفوذ ریشه و ساخت بیوفیلم دارند. ربات های نرم می توانند بازرسی های بصری و صوتی را انجام دهند، نشت ها را تشخیص دهند و حتی درمان های کلر محلی مانند آژانس حفاظت از محیط زیست را ارائه دهند تحقیقات در رباتیک نرم برای ارزیابی زیرساخت های غیر تهاجمی تامین می کند.

غذا و نوشیدنی

Hygiene در خط لوله پردازش مواد غذایی بسیار مهم است. ربات های نرم ساخته شده از سیلیکون های غذایی می توانند به راحتی تمیز و ایمن شوند.آنها می توانند برای باقی مانده محصول، خوردگی یا اشیاء خارجی بدون آلوده کردن خط، بررسی کنند. برخی از طرح ها در حال پیشرفت برای تمیز کردن در محل تمیز کردن با استفاده از نازل های اسپری یکپارچه هستند.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم وعده های آنها، ربات های نرم پیش از استقرار گسترده در خط لوله های صنعتی با موانع متعددی مواجه هستند.

قدرت و ظرفیت پرداخت

مواد نرم نمی توانند از بارهای سنگین حمایت کنند یا نیروهای بزرگ را اعمال کنند، این اندازه و وزن سنسورها و ابزارهایی را که می توانند حمل کنند، محدود می کند. محققان در حال توسعه ساختارهای کامپوزیت با تقویت جاسازی شده برای افزایش ظرفیت بار بدون قربانی کردن انعطاف پذیری هستند.

کنترل و استقلال

رفتار بسیار غیر خطی مواد نرم کنترل دقیق را دشوار می کند. [۱] کنترل های ربات سفت و سخت سنتی به مدل های دقیق خویشاوندی متکی هستند، اما شکل ربات نرم بستگی به بسیاری از متغیرهای از جمله فشار، اصطکاک و هندسه لوله دارد. [۱] استراتژی های کنترل پیشرفته مانند یادگیری ماشین و کنترل پیش بینی مدل برای رباتیک نرم طراحی شده اند.

قابلیت های دور بودن و Wear

تغییر شکل و تماس مکرر با سطوح لوله خشن می تواند باعث خستگی، شکستن یا سوراخ پیشرفت های علمی مادی شود - مانند elastomers خود را بهبود بخشد و کامپوزیت های سخت تر - به نظر می رسد به گسترش زندگی عملیاتی روبات های نرم.

سرعت و سرعت قانون

سیستم های پنوماتیک نیاز به کمپرسور و tethers دارند که محدوده را محدود می کنند. ربات های نرم افزاری باتری با چگالی انرژی محدود می شوند. محققان در حال بررسی پمپ های با کارایی بالا و تولید برق با استفاده از جریان خط لوله هستند.

ناوبری در سه ابعاد

در حالی که ربات های نرم در لوله های افقی و کم عمق برتری دارند، صعود عمودی نیاز به مکانیسم های کششی اضافی دارد. برخی از طرح ها از پد چسب یا پاهای مغناطیسی برای لوله های آهنی استفاده می کنند، در حالی که دیگران به اصطکاک های مختلف بین بخش ها متکی هستند.

توسعه های آینده و روند

تحقیقات مداوم به سرعت به این محدودیت ها اشاره می کند، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که ربات های نرم را با هوش مصنوعی یکپارچه ببینیم که استراتژی های بهینه برای شبکه های لوله ناشناخته را یاد بگیرند. الگوریتم های بینایی کامپیوتر تشخیص نقص مستقل را فعال می کنند و نیاز به نظارت انسان را کاهش می دهند.

Multi-Material و 4Dprint

تولید افزودنی اجازه می دهد تا روبات ها با سفتی درجه، سنسورهای جاسازی شده و مواد فعال که در طول زمان تغییر شکل می دهند (4D چاپ) ایجاد شوند، این منجر به ربات های سفارشی طراحی شده برای هندسه های خط لوله خاص و وظایف می شود.

دانلود بازی Swarm Robotics

ربات های نرم کوچک می توانند به طور موازی کار کنند، وظایف بازرسی را در یک شبکه بزرگ تقسیم کنند.آنها می توانند ارتباط برقرار کنند و هماهنگ کنند تا سریع تر زمین را پوشش دهند، شبیه به اینکه چگونه توده های بیولوژیکی محیط های پیچیده را کشف می کنند.

طراحی Bio-Inspired Design

طبیعت الهام بخش بی شماری از کرم خاکی را به خزیدن کرم و مار در دانشگاه هایی مانند استنفورد و MIT ارائه می دهد تا این حالت های locomotion را تقلید کند، ربات های نرم می توانند تحرک قوی در لوله های مختلف پاکیزگی و جهت گیری را به دست آورند.

سیستم های نرم افزاری-Soft

ترکیب اجزای سفت و سخت برای قدرت با عناصر نرم برای سازگاری یک رویکرد عملی ارائه می دهد، چنین هیبریدی می تواند محموله های سنگین تر را حمل کند در حالی که هنوز هم از رابط های نرم و محرک بهره مند می شود. چندین ربات بازرسی تجاری در حال حاضر شامل جذب نرم یا مفاصل انعطاف پذیر است.

نتیجه گیری

ربات های نرم انعطاف پذیر یک تکنولوژی تحول آفرین برای بازرسی و نگهداری خطوط لوله صنعتی پیچیده را نشان می دهند.تعامل بی نظیر، ایمنی و مقرون به صرفه بودن بسیاری از کمبود ابزار سنتی را نشان می دهد، در حالی که چالش ها در قدرت، کنترل و دوام باقی می مانند، پیشرفت سریع در مواد، سنجش و هوش این سیستم ها را به سمت استقرار تجاری بالغ سوق می دهد، زیرا صنایع همچنان به ارزش دارایی و خرابی، به حداقل رساندن ابزار نظارت نرم، ابزار بازرسی بیشتر از عملیات های زیست و جلوگیری می کنند.