Giriş: Çevre İzlemede Yumuşak Robotik için Imperative

Çevre izleme 21. yüzyılda kritik bir gerekliliktir, endüstriyel kazalar, doğal afetler ve iklim değişikliği giderek hassas ekosistemler ve insan güvenliğini tehdit ediyor. Tehlikeli bölgeler - nükleer erimiş siteler, toksik kimyasal dökmeler, aktif volkanik bölgeler, derin denizler Hidrotermal hidroterminler ve kirlenmiş alanlar - talep edilen, insan yaşamlarından veya pahalı altyapıdan aşırı tehlikeye maruz kalmadan tasarruf etmek için talep edilen veriler, insan işleme yöntemleri insan-işmanlık alanlarında ağırlığa veya sert bir şekilde güvenebilir.

Yumuşak robotlara girin: katı, dağınık engelleri yerine getiren bir paradigma değişikliği, elastomerlerden, polimerlerden ve kumaş benzeri malzemelerden yapılan en tehlikeli yerlere uygun olarak, çevre izlemenin iş yollarını güvenle etkileşime sokabilir ve bu makale, yumuşak robotların temel prensiplerini, gelişmiş sensörler ve biyo-inspired loklarını bütünleştirerek, yumuşak robotların bu gelişmeleri takip eden ve yumuşak robotların çevresel izlemelerini sağlar.

Yumuşak Robotlar Nedir? Yeni Bir Makine Sınıfını Tanımlamak

Yumuşak robotlar öncelikle büyük deformasyonlar ve sürekli bükme elde etmelerine izin veren makinelerdir, bükme ve germeler, vektörel ortaklara, motorlara ve dişlilere güvenen, yumuşak robotlar genellikle sıvı hareket (pnumatic veya hidrolik) kullanır ve hareket yaratmaz.

Anahtar Özellikler

  • [FONT:0)Maliye uygunluk:[Dönetici:[Dönetici: 0) Vücudun kendisi silikon, plastik, poliurethane veya hidrogels gibi malzemelerden yapılır, elastik modülli yüksek plastiklerden veya sert plastiklerden daha düşük derece siparişlerle.
  • [FONT:0)Distributed Actuation:[Dönetici: 0 Hareket dağıtılmış genişleme (pneumatic Chambers), sözleşme (tendon-güdümlü kablolar) veya elektrik deformasyon (dielektrik elastomerler) tarafından, izole motorlardan daha fazlası ile elde edilir.
  • [FONT:0) Sürekli Deformasyon: [Dönemli: 0,3] Soft robotlar, katı robotlara ulaşabilecek karmaşık eğri şekilleri üstlenmelerine izin verir.
  • [FONT:0]Passive Conformability:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir nesne veya yüzeyle temas halindeyken, robotun vücudu doğal olarak iletişim baskısını yaymaya çalışır, robotun ve çevreye zarar verme riskini azaltır.

Harvard Octobot'u dahil edilemez örnekler, kimyasal reaksiyonlar tarafından desteklenen tamamen yumuşak bir otonom robotu içerir - ve hassas substratlarla yapılan yumuşak bir kavramalar, bir çiçek veya ezilmeden bir kayayı seçebilir.Bu yetenekler doğrudan hassas örnekleme ve nazik etkileşimler ile hassas substratlarla etkileşimin önemli olduğu çevresel izleme görevlerine translaz.

Tehlikeli Bölge İzlemede Yumuşak Robotların Uygulamaları

Yumuşak robotların eşsiz özellikleri onları, katılık ve yüksek iletişim güçlerinin gereksinimlerinin olduğu bir dizi tehlikeli ortam için olağanüstü uygun hale getirir. Aşağıda birkaç temel uygulama alanı detaylıyoruz.

Nükleer Afet Siteleri ve Radyasyon Haritası

Fukushima Daiichi nükleer kaza gibi olaylardan sonra, robotlar radyasyon seviyelerini araştırmak için kullanıldı, denetim yapıları ve yakıt mahzenlerini bulmak için arızalandılar. ancak, birçok katı robot, radyasyon hasarlarının elektronike zarar verdiği ve birkaç avantaj elde etti: entegre edilmiş boşluklar ile birlikte, uyumlu yapılarda dar boşluklar kırılabilirler, ancak ikincil olarak toz kirliliğini ölçebilir ve küçük bir alanda patlayıcıları azaltılır.

Kimyasal Spill Değerlendirme ve Tehlikeli Atık Siteleri

Kimyasal dökültüler - endüstriyel kazalardan veya ulaşım olaylarından vazgeçin - kontraseptif ortamlarda çalışmalarını sağlamak için hızlı bir değerlendirme. Robot gövdesindeki mikrofloresans örnekleri ile veya etkilenen bölgeye atılabilir. Bazı kimyasal dirençleri (örneğin, flora gibi malzemeler) belirli kimyasallara maruz kalmalarını sağlar, çünkü robotik geri bildirim operatörleri içinde mikrofloresansören filtreleme sistemleri güvenli bir şekilde ısıtılabilir.

Su ve Derin-Deniz İzleme

Derin okyanus büyük ölçüde patlamamış ve genellikle aşırı baskı, soğuk, toksik ve ilaçlar veya sualtı yağının yakınında patlayıcı ortamlar iyiler. Yumuşak robotlar su borularından ilham alan veya sıvı basınç gemileri olmadan büyük derinliklerde çalışabilirler - vücut basıncı altında sıkıştırabilir ve iç sıvılar eşitlenir.Politik olarak yumuşak balıkları yüzmek için göstermiştir.

Volcanic ve Geotermal Bölge Keşfed

Aktif volkanlar ve jeotermal alanlar aşırı ısı, toksik gazlar (SO2, H2S), ve kaba araziler ile yapılan yumuşak robotlar, sert lava kayaları ve seramikleri keskin bir şekilde taranabilir ve bulanık kılarak eğimlere girebilirler.

Çevresel İzleme için Yumuşak Robotların Avantajları

Her tehlike bölgesi eşsiz zorluklar yaratırken, yumuşak robotlar bu sistemleri izleme görevleri için giderek çekici hale getiren birkaç çapraz yük avantajı sunar.

Intrinsic Safety ve Azaltılmış Çevre Etkilerini Azladı

En önemli avantaj güvenliktir - hem de çevrenin izlenmesi ve robotun kendisi için. Yumuşak malzemeler iletişim güçlerini en aza indirir, kırılgan organizmaları ezebilme, jeolojik formlar kırınır veya igniting flammable gazlar.Bu intrinsic security, operatörler gibi hassas alanlardan kaynaklanan yumuşak robotlara risk yoktur, kritik bir robotun reçelleri veya ezilme şansı, ağır bir sert bir makineden daha az olasıdır.

Exceptional Navigational Flexability

Depresif robotlar, kendi kinematik tasarımıyla kısıtlanıyorlar – sadece genişletilmiş bir boru ve düz yüzeylere ihtiyaç duyuyorlar.Bu tür bir el değnek, ya da yoğun bitki örtüsüne sahip olmak için çok daha küçük boşluklar ile sıkıştırılabilir.

Komplek Yüzeyleri Adaptability to Kompleksi

Sık sık sık sensörleri düzensiz yüzeylere bağlamayı içerir - karmaşık bilgisayar görme sistemleri gerektiren engelleri tespit eder. Yumuşak tutmalar neredeyse herhangi bir şekilde uygulanabilir, tutarlı bir baskı uygular ve böylece sensör iletişiminin sadakatini artırabilir.Ek olarak, tüm vücut sensörleri, robotun “feel” ortamına izin verir, karmaşık bilgisayar vizyonu sistemleri gerektiren engelleri tespit edebilir.

Maliyet-Effective Fabrication ve Hızlı İş Yönetimi

Birçok yumuşak robot, 3D baskı veya ucuz elastomerlerin tabakalanmasıyla karakterize edilebilir. Bu, çoğu zaman hassas makineli katı robotlara karşı hassas, dişliler ve yataklarla kıyasla dramatik bir şekilde azaltılabilir. Low maliyet, şarj edilebilir veya yarı-ekizsiz robotların dağıtımının daha küçük organizasyonlar ve araştırma grupları için giriş yapmasına olanak sağlar.

Teknolojik Yenilikler Alana Sürüş

Son yıllarda malzemelerde bir yenilik patlaması, davranışlama, algılama ve doğrudan çevresel izleme yeteneklerini artırdığını kontrol etti.

Yumuşak Sensörler: Çevre Zekası

Yumuşak vücutlara tüm sensörlerin bir meydan okuması olmuştur, ancak eutectic galium-indium (EGaIn) ile dolu bir miktar, yumuşak robot derisi, ısı, nem, pH ve spesifik kimyasallar ile bu değişimi ölçebilecek şekilde ayarlanabilir teller üretmiştir. Örneğin, yumuşak bir robot derisi, her iki lokomotlu ağla dolu mikro kanalda toplanabilir ve aynı anda verileri yapılandırabilir.

Biyo-Inspired Agents: Kaslardan pnömatik Ağlara

Yumuşak robotlardaki karar verme, basit pnömatikların ötesine ayırmıştır.Dörtücüler (DEAs) mimik biyolojik kaslar - elektriksel olarak ısıtıldığında, sualtı robotları için uygun elektrotlar arasındaki elastomerler incelenirler. DEAs allows low-power Pumps provides high force levels.

Lokasyon Tehlikeleri Tehlikeleri için Stratejiler

Bir yumuşak robot nasıl hareket ettiği görevine göre belirlenir.Bazılar inç solucanlar (anchoring ve genişleme) gibi hareket eder, diğerleri de bir jöleba gibi yuvarlanır, ya da yılan gibi slither, bir ayak izi gibi, bir sürünlü robotun "katerpiller tarama" için farklı bir şekilde tasarıma ihtiyacı vardır.

Güç ve Autonomy: İlerleme ve Sınırlama

En büyük engellerden biri güç; yumuşak robotlar genellikle yeni olasılıklar açıyor. Soft enerji hasatları -piezoelektrik polimerleri veya dış pompalar, hangi limit aralığı ve hareketliliği. Ancak, kimyasal reaksiyon yumuşak robotlar (eskiden kontrol altında) ve mikro ölçekli bataryalar, vücut içine entegre edilmiş birçok sistem, açık-loop veya manuel olarak teleoperatifler - robotun yapısız bir şekilde hareketsiz enerjiden gelen simülasyon veya su akışına kadar uzanan bir sistem uygulamaları.

Overcome ve Future Yollarına Karşı Mücadeleler

Onların sözüne rağmen, yumuşak robotlar henüz çevresel izleme için ana akım değildir. Operasyonel çalışma grupları haline gelmeden önce birçok engel kalır.

Durability ve Long-TermReliability

Yumuşak malzemeler UV maruziyeti, kimyasal saldırı, aşınma ve döngüsel yorgunluk yoluyla zaman geçtikçe bozulabilir. Tehlikeli bir bölgede hafta veya ay boyunca kullanılan bir robot, sızıntı veya şeklini kaybedebilir. Araştırmacılar küçük kesimleri özerk bir şekilde tamir eden, yumuşak içmiş polimerleri (örneğin, fiber-embedded elastomerler) rahatlatır.

Power Autonomy ve Enerji Depolama

Çoğu untethered soft robotları, düşük enerji yoğunluğu nedeniyle sınırlı aralık ve koşu zamanı vardır, bu da pagülasyon sistemleri için iç yanmanın verimsizliğidir.Seks gücü katlanabilir ve flex ilerliyor, ancak kapasite yüksek sıcaklık bölgelerindeki düşük maliyetli izleme için mütevazı bir araştırma alanlarıdır, bir tether hala gerekli olabilir.

Kontrol ve Karmaşıklık modelleme

Çünkü yumuşak robotlar, hareketlerini modellemek ve kesin konumlandırma sağlamak son derece zor. Geleneksel katı dinamikler uygulanmaz. Araştırmacılar sonlu elemanlar modellerini veya sürekli mekaniklerini kullanırlar, ancak bu yüksek hesaplama kaynakları gerektirir ve genellikle basitleştirilmiştir. Makine öğrenme yaklaşımları - simülasyonda eğitilmiştir - yumuşak robotlar yürümeyi öğrenir, yüzmeyi öğrenir ve açık modeller olmadan kavrayılır.

Depresif Bileşenleri ile Entegrasyon

Birçok pratik yumuşak robot hala sert elementler gerektirir:board valfleri, bataryalar, mikro kontrol tahtaları ve konektörler. Bu “küresel iskelet” bazı yumuşak avantajları telafi eder ve yumuşak parçalar halinde elektronik içeren stres konsantrasyonları yaratır.

Sonuç: Çevre İzleme için Bir Dayanıklı Geleceği

Yumuşak robotlar tehlikeli bölgelerde çalışmaya temel olarak farklı bir yaklaşım sunuyor - insanların ve katı makinelerin neden alçaltılabileceği bir reaktörün içinde patlamaya devam etmesi için, yumuşak robotlar, gömülü algılama, biyo-nezleyici davranış, ve AI-güdümlü kontrol, insanların ve katı makinelerin nerede etkili olamayacağını gösteriyor.

Yol ileriye dönük disiplinler arası işbirliği gerektirir: malzemeler zorlayıcı ve daha akıllı elastomerler geliştirir, mekanik mühendisler yeni davranışlama şemalarını tasarlar, bilgisayar bilim insanları, uyarlanabilir kontrol algoritmaları yaratır ve çevresel bilim adamları misyon gereksinimlerini tanımlarlar. Devam eden yatırım ve gerçek dünya testleri ile, yumuşak robotlar endüstri felaketlerini korumak için vazgeçilmez araçlar haline gelecektir ve gezegenimizdeki son ulaşılamaz sınırları keşfederler.