הרובוטיקה הניתנת להגדרה דוחפת את הגבולות של עיצוב מכונה על ידי כך שמאפשר לרובוטים לשנות את המבנה הפיזי שלהם ואת הפונקציונליות על הביקוש.בניגוד רובוטים קשיחים נעולים בצורה קבועה, מערכות ניתנות להגדרה מחדש יכולות להרכיב מחדש איברים, להתאים את הנוקשות שלהם, או אפילו לזרום דרך מעברים צרים, בלב של שינוי פרדיגמה זה, מונחת בעבר, סוג של חומרים המשלבים שלמות מבנית עם יכולת הסתגלות נוזלית: מתכתית נמוכה, כמו סגסוגת מתכתית, כמו סגסוגת עצמית, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת מתכתית, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת גמישה, כמו סגסוגת עצמית גבוהה.

המונחים: Liquid Metal Alloys

⁇ מתכת נוזלית מוגדרים על ידי יכולתם להישאר במצב נוזלי או ליד טמפרטורת החדר.המשפחה הנפוצה ביותר היא ⁇ מבוסס גליום, כגון גייום אנקטי (EGaIn) ו galinstan (a Gallium-instan) (a Gallium-indium-tinסגסוגת) יש נקודת נמס של 29.76 ° C (85.5 °F), אבל כאשר הוא מודבק עם סגסוגת ב- tinol2C נמוך, כמו גם חומרים מסוכנים, כמו גם כן, כמו גם ירידה במשקל נמוך).

התכונות הפיזיות העיקריות שהופכות אותם אטרקטיביים עבור רובוטיקה ניתנת להגדרה כוללות:

  • (FLT:0) גבוה מוליכות חשמלית: 1FLT) מתכות נוזליות מציגות מוליכות על סדר של 106 S /m, דומה למתכות מוצקות, המאפשרות להם לשמש חוטים מתוחים וחיבורי מעגלים.
  • (ב) ⁇ :0) ל"לאו ויסקיות": 1FLT:1 עם תצפיות ליד מים, ניתן לשאוב סגסוגת אלה, מוזרק, ולעצב עם כוח מינימלי, ומאפשרת התחדשות מהירה.
  • (ב) ⁇ :0) ,[דרוש מקור]: [ה] [ה] [ה] [ה] [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'ו], [ה'והוא] יכול להתהפך ל'[ברכתו[ה'], ו[ה'.
  • (FLT:0) גבוה פני השטח Tension: 1FLT:1 סגסוגת מבוסס גאליום יוצרים עור תחמוצת דק המייצב את צורתם בקנה מידה קטן, אשר ניתן למנף כדי ליצור מבנים חופשיים שנשארו שלמים עד שבור במכוון.
  • (FLT:0) , Healing:FreaLT:1; Upon rupture, קרינת העור תחמוצת כמעט מיד, ואת הליבה ההתנהלותית מתחברת מחדש, שחזור פונקציונליות חשמלית בתוך מילימטרים.

תכונות אלה אינן רק שיפורים מצטברים על חומרים מסורתיים; הן מייצגות מרחב עיצוב חדש ביסודו.לדוגמה, חוט מתכת נוזלי יחיד יכול למתוח מספר פעמים את אורך המקורי שלה תוך שמירה על מוליכות, משהו לא מנצח מוצק יכול להשיג ללא כישלון.יכולות אלה מניעות חדשנות במערכות תצורה שבו רכיבים חייבים לעבור שינויים חוזרים ללא השפלה.

מקור: Reconfigurable Robotics

(הרובוטים המשתנים) כוללים מגוון רחב של מערכות, החל מ- Modular Floarms, אשר מצמידים יחדיו לרובוטים רכים שמשמרים את גופם.סגסוגת מתכת נוזלית, מתאימים באופן ייחודי לשני הקיצוניים.

מתחמי מתח גמישים ומעגלים מתוחים

אלקטרוניקה נוקשה לאמנת הם צוואר בקבוק עבור רובוטים הניתנים להגדרה מחדש, כפי שהם נכשלים תחת זנים גדולים.microchannels מלא מתכתי משובצים substrates elastomeric מציעים פתרון.ערוצים אלה יכולים להיות מעוצבים בגיאומטריה מורכבת כדי ליצור לוחות מעגלים מתוחים, אנטנה, וקווי שידור כוח מקיפים. כאשר הרובוט משתנה - לדוגמה, הרחבת איבר או לסובב את שלו כדי לגרור את זה - כדי לספק מחדש מגנטית נוזל כדי לספק את זרם חשמלי חזק יותר ויותר.

מבנה ומבנה צורה-מורפינג

הפעלת רובוטים הניתנים להגדרה מחדש מסתמכת לעתים קרובות על שינויים בנפח או נוקשות. מתכות נוזליות ניתן להשתמש באלקטרוסטטי או במניפסט הידראולי.גישה אחת משתמשת טיפות מתכת נוזליות כמו capacitors משתנים: החל מתח משנה את הצורה של הנפילה ואת זווית מגע, ייצור כוחות שניתן לשלב את הצורה הנוקשות או למתוח מבנים.

סליחות ו Fault Tolerance

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של ⁇ מתכת נוזלי הוא היכולת ההשמדה העצמית הפנימית שלהם.אם מנצח קרעים או דליפות משותפות, העור תחמוצת במהירות ואת המתכת מתחבר מחדש.ברוב רובוט שניתן להפעיל בסביבה לא מאורגנת או מסוכנת - כגון בניין התמוטט, תחנת חלל, או בתוך הגוף האנושי - היכולת לתקן באופן אוטונומי או שלילי, הן יכולות להיות הרסניות, כמו גם כוח חשמליות, כמו גם כן, כמו גם כן, כוח מכניקה, הוא מתרחב באופן משמעותי.

יתרונות על חומרים מסורתיים

כדי להעריך את ההשפעה של ⁇ מתכת נוזלית, זה עוזר להשוות אותם עם החומרים המשמשים כיום רובוטיקה מהגדרה: מתכות קשיחות, פולימרים התנהגותיים, ונוזלים איטוניים.

  • (FLT:0)Rigid Metals:FLT:1 , Copper ואלומיניום מציעים מוליכות מעולה אבל נכשל תחת לחץ; הם גם דורשים צירים מורכבים או עדשות מגע כדי להתאים את התנועה.
  • חומרים כגון פולימרים:0 (Conductive Polymers:FLT:1 חומרים כמו פוליפיראטול או PEDOT:PSS הם מתוחים אבל יש התנהגות כמה פקודות של גודל נמוך יותר. עבור יישומים רגישים כוח (למשל, מנועים נהיגה או העברת נתונים), מתכות נוזליות הם הרבה יותר גבוה.
  • נוזלי חזק >יטוני: פתרונות מלח או אלקטרוליטים נוזליים משמשים כמה חיישנים רכים ומבצעים, אבל יש להם מוליכות חשמלית ירודה (בדרך כלל <1 S/m) ולא יכול לשאת זרם משמעותי.

בנוסף, מתכות נוזליות ניתן למחזר ולהשתמש בהן מחדש.בניגוד למוליכים מוצקים שיש להחליף לאחר שבר, מתכת נוזלית שפך ניתן לזכור ולהזריק.נכס זה תומך בייצור בר קיימא עבור רובוטים חד-פעמיים או קצרי-חיים, כגון אלה המשמשים ניטור סביבתי או התערבויות רפואיות.

אתגרים ופתרונות הנדסה

למרות ההבטחה שלהם, ⁇ מתכת נוזלית להציג כמה מכשולים הנדסיים שיש להתגבר עליהם על פריסה מעשית בקנה מידה גדול רובוטיקה הניתנים להגדרה מחדש.

אוקסידציה וזיהום

⁇ מבוסס גליום יוצרים שכבת תחמוצת יליד (גיום oxide) על חשיפה לאוויר. בעוד שכבה זו מסייעת בצורת ייצוב, זה גם מגביר התנגדות מגע חשמלי יכול לגרום המתכת לדבוק משטחים. החוקרים פיתחו כמה אסטרטגיות מייגציה: encapsulating את נוזל באטמוספירה (למשל, argon), באמצעות פתרונות בסיסיים או בסיסיים כדי לפזר את תחמוצת הפחמן, החלת אלקטרו-חמצני, מאפשר מעבר אלקטרו-חמצני האחרון.

פיקוח על התנועה

מניפולציה של מתכת נוזלית בתוך רובוט דורשת משאבה מדויקת או אלקטרו-מחדש.רוב ההפגנות משתמשות במשאבת סינינגה או משאבות peristaltic, אבל אלה הם רב-עוצמה ובלתי-התאמה עבור רובוטים בלתי-מתואמים. גישות מיקרו-קלידיות באמצעות כוחות דיאלקטריים (הכניסה לתנודות אלחוטיות, או EWOD) יכולות להעביר טיפות בודדות עם מתחים מתחת ל-V, אך מדרגתיים מרובים כדי לאפשר לנתיבים מגנטיים יעילים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

מתכות נוזליות יכולות להדליף באמצעות פערים מיקרוסקופיים, במיוחד כאשר לוחמת לחץ על ידי חסימת יתר דורשת capsulation חזק - לעתים קרובות באמצעות שכבות מרובות של סיליקון elastomer, ציפוי פריילן, או סרטי פולימרים מוגמרים לייזר. Embeding המתכת במריצה אקרומית רציפה של elastomeric מפחית באופן משמעותי את הסיכון להדליפה.

סקלאלה ומרקו

טכניקות נוכחיות לתבניות מתכת נוזליות (למשל, הזרקת מיקרו-השפעה, דפוס לייזר או כתיבה ישירה) מוגבלות לייצור אצווה בקנה מידה מעבדה.עבור רובוטים הניתנים להגדרה מחדש להיות פעיל, שיטות ייצור מדרגיות כגון הדפסה תלת-ממדית, הדפסה מסך, או עיבוד רול-to-roll חייב להיות מותאם למתכות נוזליות.

מחקר ופרק דרך

כמה קבוצות מחקר ברחבי העולם דוחפות את הגבולות של רובוטיקה נוזלית: באוניברסיטת צפון קרוליינה המדינה, מדענים הוכיחו "מלכוד רובוטי רך" המשתמש מעגלים מתכת נוזליים כדי לאפשר הן רגישות ופעולה במבנה יחיד של סטואום נוקשה (מחליף) יכול לתפוס אובייקטים של צורות שונות תוך התאמה מתמדת של צוות החיסוני שלה.

בתחום האלקטרוניקה ההולמת העצמי, שיתוף פעולה בין אוניברסיטת אילינוי לבין אוניברסיטת מישיגן הפיק מחבר מתכת נוזלי ששחזר 95% מההתנהגות המקורית שלו לאחר שהועברה, עם ריפוי המתרחש בפחות מ -100 מילישניות.מחקרים אלה, שפורסמו בכתבי עת כגון FLT:0FLT:1 תקשורת טבע:2LT3, מדגישה הקהילה המדעית של דינמיקה עבור מתכות מבוזרות.

יישומים עתידיים ויישומים פוטנציאליים

מאחר שהאתגרים הטכניים מטופלים, ⁇ מתכת נוזלית יאפשרו רובוטים ניתנים להגדרה שהם הרבה יותר מסוגלים מאשר פלטפורמות נוכחיות.מספר תחומים של יישומים עומדים.

הרובוטיקה הרפואית

Catheters ו- endoscopes שיכולים לשנות את הנוקשות או הצורה בתוך הגוף יפחיתו באופן דרמטי את הטראומה במהלך הליכים. מחט ממונע מתכתי נוזלי ניתן לנסח בדיוק באמצעות רקמות רכות תוך התאמה לנתיבים בלתי צפויים.

חקר החלל

רובוטים שנשלחו לסביבות מחוץ לכדור הארץ חייבים לעמוד בתנודות טמפרטורה קיצוניות, קרינה וזעזועים. מתכות נוזליות נותרו מוליכים מעל טווח טמפרטורה רחב (galinstan הוא נוזל מ- 19 מעלות צלזיוס ליותר מ-1,300 מעלות צלזיוס כאשר תחת לחץ מתאים), מה שהופך אותם אידיאליים עבור אלה אשר צריכים לקפל לתוך תצורה של שיגור קומפקטי ולאחר מכן להרחיב לאחר הנחיתה.

אוטומציה תעשייתית

גורמים של העתיד ישתמשו רובוטים הניתנים להגדרה מחדש שיכולים לעבור במהירות בין משימות - למשל, ההרכבה, הציור והבדיקה - באופן ברור על ידי שינוי הצורה הגופנית שלהם.מחומים מתכת נוזליים ומפרקים של רגישות משתנה יאפשרו זרוע רובוטית אחת להיות רך לטיפול פריטים שבריריים ונוקשות להסרת רכיבים כבדים.

רובוטיקה רכה

Exoskeletons ו- proאסתטיקה לעתים קרובות דורשים מגע אינטימי עם הגוף האנושי. חיישני מתכת נוזלי ו actuators, מוטבע בד או סיליקון, יכול לספק את הציות הדרוש תוך שמירה על ביצועי חשמל. רובוט בעל יכולת לבשה ניתנת להגדרה מחדש, למשל, להתאים את רמת הסיוע שלו בהתבסס על דפוסי התנועה של המשתמש או לתקן את עצמו לאחר קרע, מרחיב באופן משמעותי את חיי השירות שלו.

מסקנה

השילוב של ⁇ מתכת נוזלית לתוך הרובוטיקה הניתנים להגדרה מחדש מייצג לא רק שיפור מצטבר אלא שינוי יסודי כיצד מכונות נתפסות ונבנה.על ידי רתום חומרים שהם במקביל מוצק ונוזל, מהנדסים יכולים ליצור רובוטים שמתאימים לסביבה שלהם, לרפא לאחר פציעה, ו reconconconstructing הארכיטקטורה הפנימית שלהם על פני זבוב, בעוד אתגרים הקשורים לשליטה, חמצון, ייצור, להישאר התקדמות מהירה במדעים מתקדמים באופן יציב, ומאובטח יותר, כמו גם חומרים מיקרוסקופיים אלה, אנו יכולים לצפות לפירוק טבעי, אך ורק כדי למנוע מודלים חדשים יותר, כמו גם כן, כי הם מסוגלים להמשיך לפתח מחדש של חומרים חדשים יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, קריפטו ריקולציה, כי הם בטוח יותר, כמו גם כן, כדי למנוע מודלים חדשים יותר, כדי למנוע מודלים חדשים יותר, כמו גם כן, על פני השטח, קריפטו ריקולציה, על פני השטח, על פני השטח, כי הם בטוח יותר, בעוד אתגרים חדשים יותר, בעוד אתגרים חדשים יותר, בעוד אתגרים חדשים יותר, כי הם בטוח יותר, על פני השטח, בעוד אתגרים חדשים, בעוד אתגרים חדשים, בעוד אתגרים חדשים יותר, בעוד אתגרים חדשים יותר, כי הם בטוח יותר, כמו כן, כי הם בטוח יותר, בעוד אתגרים חדשים יותר,