211service.com
Robot do wspinania się po ścianach
Naukowcy stworzyli robota, który może wspinać się po ścianie gładkiej jak szkło i na suficie z prędkością sześciu centymetrów na sekundę. Robot używa obecnie kleju z suchego elastomeru, ale grupa badawcza testuje nowe, podobne do gekona, ultralepkie włókno na swoich stopach, które powinno sprawić, że będzie ono nawet pięciokrotnie bardziej lepkie.
Wspinaczka po ścianach: Gdy silnik robota się obraca, jego ogon naciska na powierzchnię, a jego trójkątne nogi obracają się do przodu (a). Gdy przednie stopy stykają się z powierzchnią, moment silnika spowodowany kontaktem ogona z powierzchnią dociska przednie stopy do powierzchni, jednocześnie odciągając tylne stopy (b). Kiedy siła działająca na tylną stopę osiągnie punkt krytyczny, odrywa się ona od powierzchni, a robot robi krok do przodu (c).
To nie pierwszy robot, który używa włóknistych suchych klejów do przyklejania się do powierzchni, mówi Metin Sitti , adiunkt inżynierii mechanicznej, który kierował badaniami w Instytucie Robotyki na Uniwersytecie Carnegie Mellon (CMU) w Pittsburghu. Ale ten robot powinien mieć znacznie większą siłę klejenia, dzięki włóknom, które są dwa razy bardziej przyczepne niż te używane przez gekony.
Takie roboty mogłyby m.in. służyć do sprawdzania kadłubów statków kosmicznych pod kątem uszkodzeń, a ich lepkość zapewniłaby, że pozostaną przymocowane.
Oprócz lepkich stóp robot wykorzystuje dwie trójkątne nogi przypominające koła, każda z trzema poduszkami i ogonem, aby umożliwić mu poruszanie się ze znaczną zwinnością w porównaniu z innymi robotami, mówi Sitti. Nie tylko może się bardzo ostro skręcać, ale dzięki nowatorskiej konstrukcji może z łatwością przenosić się z podłogi na ścianę i od ściany do sufitu.
Multimedia
Obejrzyj robota do wspinania się po ścianie
Jest bardzo kompaktowy i ma świetną zwrotność, mówi Marek Cutkosky , profesor inżynierii mechanicznej i współdyrektor Center for Design Research na kalifornijskim Uniwersytecie Stanforda. To praktyczne rozwiązanie do wspinaczki.
Gekony są w stanie przyklejać się do powierzchni dzięki bardzo delikatnym strukturom przypominającym włosy na stopach, zwanych szczecinami. Te skośne włókna dzielą się na jeszcze drobniejsze włókna w kierunku ich końcówek, nadając stopie gekona wygląd podobny do szpatułki. Te końcowe włókna mają niewiarygodnie słabe siły międzycząsteczkowe, które zawdzięczają swojej przyczepności: siły przyciągania działają między końcówkami włókien a powierzchnią, do której się przyczepiają. Indywidualnie siły są pomijalne, ale ponieważ szczeciny tworzą tak duże obszary kontaktu z powierzchniami, siły sumują się.
W ciągu ostatnich kilku lat wiele grup badawczych wyprodukowało struktury włókniste zaprojektowane do naśladowania szczecin. Ale grupa Sitti próbowała ulepszyć projekt gekona. Korzystając z technik mikrowytwarzania, Sitti i jego koledzy stworzyli włókna o średnicy zaledwie czterech mikrometrów – dwa rzędy wielkości mniejsze niż te stosowane w innych robotach. Ta różnica wielkości robi znaczącą różnicę, mówi Sitti. Dzieje się tak, ponieważ zmniejszanie skali włókien zwiększa ich kontakt powierzchniowy, a tym samym poprawia przyczepność.
Używając dostępnych na rynku klejów elastomerowych, robot może wspinać się znacznie zwinniej niż jakikolwiek inny robot. Ale włókna powinny umożliwiać robotowi wspinanie się nawet po nierównych powierzchniach, mówi Sitti. Jednak dopiero po zintegrowaniu ich z robotem naukowcy muszą tego jeszcze zademonstrować.
Jednym z wyzwań związanych z przyklejaniem robota do ścian jest znalezienie sposobu na wywarcie odpowiedniego nacisku, aby się przykleił. Nowy robot CMU radzi sobie z tym za pomocą ogona. W każdej chwili co najmniej dwie z sześciu poduszek łapy stykają się z powierzchnią, podobnie jak ogon, który jest obciążony sprężyną, dzięki czemu zawsze będzie naciskał na powierzchnię, nawet gdy znajduje się na suficie.
Jednak opracowując te materiały, naukowcy wciąż muszą rozwiązać pewne problemy, mówi Andre Geim , profesor fizyki materii skondensowanej na Uniwersytecie w Manchesterze w Wielkiej Brytanii, który również wytworzył struktury przypominające szczeciny. Nikt jeszcze nie wyjaśnił, dlaczego gekony mogą najpierw biegać po polnej drodze zbierając kurz, a potem jakoś wspinać się po ścianach, mówi. To jest główna przeszkoda.
Cutkosky zgadza się, że należy przeprowadzić więcej badań nad zdolnościami samooczyszczania gekonów. Świat jest brudny, a roboty nie mogą zatrzymywać się, by co kilka metrów myć stopy – mówi.