نمونه‌ای از رباتیک الهام گرفته از طبیعت: دستگاه ارتز منعطف فعال برای آسیب‌های مچ پا

در گذشته، همه اسکلت‌های بیرونی و ربات‌های پوشیدنی مانند هم بودند. اسکلت‌های بیرونی چارچوب فلزی بزرگ وحجیم، محرک‌های سنگین و یک کوله‌پشتی پر از باتری‌ها و کنترل‌کننده‌ها داشتند. رباتیک نوین الهام‌ گرفته از طبیعت (Bio-Inspired Robotics)، این الگو را تغییر داده است. اکنون دستگاه‌هایی وجود دارد که سیم‌ها، کابل‌ها، هوای فشرده، فنرها و دیگر محرک‌های انعطاف‌پذیر را برای دستیابی به حرکت بکار می‌گیرند. برخی از چارچوب‌های بزرگ گذشته با انواع پلاستیکی یا بادی جایگزین شده و یا کلاً حذف شده است.

به جای حرکت رو به جلو و تکمیل همان طرح پایه، میزان قابل توجهی از پژوهش‌ها حرکت رو به عقب و نوآوری دوبارۀ آنچه برای تقویت فیزیکی بدن انسان نیاز است را شروع کردند. آزمایشگاه‌های پژوهشی زیادی به دنبال الهامی برای طراحی اسکلت‌های بیرونی برقی، تا زیست‌شناسی پایه به عقب برگشته‌اند.

در ادامه می‌توانید دو فیلم شامل دو سمینار دربارۀ رباتیک الهام‌ گرفته از زیست شناسی و کاربرد آن در اسکلت‌های بیرونی را ببینید:

Robotics – Kyu-Jin Cho, Seoul National University / Video from Kavli Frontiers of Science

این فیلم، ارائۀ آنلاین  Kyo-Jin Cho،  استاد دانشگاه ملی سئول دربارۀ رباتیک الهام گرفته از زیست شناسی انعطاف‌پذیر است. او چندین نمونه از ربات‌های الهام گرفته از زیست شناسی انعطاف‌پذیر را از پژوهشگرهای دیگر نمایش می‌دهد سپس دربارۀ برخی از طراحی‌های گروه آزمایشگاه رباتیک زیستی خود را توضیح می‌دهد. این ارائه قرار است مقدمه‌ای بر رباتیک انعطاف‌پذیر و فرآیند پژوهش و طراحی مختص به “الهام گرفته از زیست شناسی” باشد. او معتقد است هنگام حل مسائلی که پارامترهای متغیر و محیط‌ها بیشتر از آنست که طراحی‌های غیرمنعطف بتوانند آنها را در نظر بگیرند، این روش باید مد نظر قرار گیرد.

یکی از برترهای مشترک با طبیعت رباتیک منعطف، درجه‌های آزادی بیشتر در راستای افزایش سازگاری ربات منعطف است. از سوی دیگر، رباتیک منعطف تاکنون قادر به دستیابی به قدرت و دقت طراحی‌های غیرمنعطف نبوده است. گروه  Kyo-Jin Cho این مزیت‌ها و معایب را با دست خم‌شوندۀ مقیاس‌پذیر خود که از سازوکار خزیدن کرم الهام گرفته شده است نمایش می‌دهند. نمونه‌ای خوب از فرآیند طراحی «الهام گرفته از زیست شناسی» این است که یک ویژگی در طبیعت پیدا می‌شود که قابلیت‌های باور نکردنی دارد، سپس پژوهشگران تلاش می‌کنند این حرکت منحصربفرد را تجزیه و تحلیل و با رباتیک تقلید کنند. رباتیک منعطف با توانایی تقلید دقیق‌تر درجه‌های آزادی حرکت طبیعی، از این نیز فراتر می‌رود. این دست مصنوعی دستیابی به برتری‌های اشاره شده را ثابت می‌کند و می‌تواند اجسام روزانه را با هر شکل و اندازه‌ای در دست گیرد.

رباتیک منعطف الهام گرفته از طبیعت: روش‌های جدید سنجش و بکار‌اندازی

در این فیلم، Yong-Lae Park استادیار موسسۀ رباتیک Carnegie Mellon دربارۀ حسگرهای منعطف توسعه‌ داده شده با فلز مایع درون لوله‌های نازک صحبت می‌کند. با فشرده یا کشیده شدن لوله‌ها، مقاوت الکتریکی مایع رسانا نیز تغییر می‌کند. او در ادامۀ سمینار دربارۀ بهبود ماهیچه‌های مصنوعی بادی و یکپارچه‌سازی حسگرهای منعطف در آنها همانند با ماهیچه‌های انسان و حسگرهای بافت زنده پیرامون آنها صحبت می‌کند. سپس سمینار با صحبت دربارۀ دستگاه‌های پوشیدنی که پیش‌نمونۀ این ماهیچه و حسگر منعطف را بکار می‌گیرند ادامه می‌یابد که نخسیتن مورد لباس خارجی مچ پای منعطف است.

بسیاری از ویژگی‌های رباتیک منعطف قابل اعمال به طراحی آیندۀ اسکلت‌های بیرونی برای بهبود عملکرد و کاهش هزینه است. ویژگی‌های رباتیک منعطف آنها را سبک‌تر کرده و قطعات کمتری برای ساخت نیاز است که می‌تواند کارایی اسکلت‌های بیرونی را برای پوشیدن افزایش دهد. با وجود طراحی غیرمعمول، ربات‌های منعطف الهام گرفته از طبیعت واقعاً تقلیدی نزدیکتر از حرکت‌ها در طبیعت را فراهم می‌کنند.

منبع: Exoskeleton Report