كيف يمكن للنموذج الديناميكي الشامل أن يساعد في تصميم الروبوتات اللينة
مكنت التطورات الحديثة في مجال التكنولوجيا العلماء من استخدام انفجار الوقود كمصدر للطاقة لتحقيق حركة سريعة وقوية للروبوتات الناعمة متوسطة الحجم.
يوفر النظام الجديد، الذي أنشأه باحثون في معهد بكين للتكنولوجيا وجامعة لانكستر ، نوعًا جديدًا من نظام التشغيل للنظام الآلي. لديها براءة اختراع واعدة لتحسين طول عمل الروبوتات اللينة التقليدية متوسطة الحجم بشكل كبير.
أوضح نان ما من جامعة لانكستر ، الذي قاد البحث: “لقد كان تحقيق الحركة السريعة للروبوت متوسط الحجم مهمة صعبة لسنوات عديدة”.
نُشرت الورقة المقابلة للدراسة، ” تصميم روبوت ناعم يشبه الحرباء قائم على انفجار الوقود بمساعدة النموذج الديناميكي الشامل “، في مجلة Cyborg and Bionic Systems .
ما هي فوائد الروبوتات اللينة؟
في السنوات الأخيرة، تم تطوير أنواع مختلفة من الروبوتات اللينة لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة.
تتمتع هذه الأنظمة الآلية القائمة على المواد اللينة بالعديد من المزايا على الأنظمة الصلبة التقليدية، بما في ذلك نطاق الحركة المحسن (ROM)، والقدرة على التكيف بشكل أفضل في المناطق غير المنظمة، والتكلفة المنخفضة، والوزن الأقل.
عادة ما يتم اعتماد المواد شديدة المرونة، مثل اللدائن، لدعم حركة الأنظمة الروبوتية اللينة.
على سبيل المثال، تم تطوير مجموعة واسعة من الروبوتات اللينة في السنوات الأخيرة لتقليد حركة الحيوانات. وتشمل هذه الروبوتات اللين Multigait ، التي تحاكي جذع الفيل.
ومع ذلك، فإن قدرة الروبوتات اللينة على الحركات الخطية لمسافات طويلة وعالية السرعة مقيدة إلى حد ما بهيكلها، بما في ذلك حقيقة أنها مبنية بواسطة وحدات ثني متعددة ولديها نظام تشغيل.
لذلك، فإن الروبوتات اللينة الجديدة التي يمكنها تحقيق الوصول الخطي لمسافات طويلة وسريعة مطلوبة لتطوير النظام الآلي بوظائف متقدمة.
تقييم كيفية تحسين الأنظمة
تمت دراسة طرق التشغيل المختلفة على مدى العقود الماضية لتحسين وظائف الأنظمة الروبوتية اللينة، بما في ذلك مشغلات البوليمر الكهربائية، ومشغلات سبائك الذاكرة الشكل (SMA)، والمشغلات الهوائية.
على سبيل المثال، يمكن لمشغلات البوليمر الكهربائية أن تقلل من استهلاك الطاقة وتحسن كفاءات التمدد.
علاوة على ذلك، يمكن لمشغلات SMA أن تقلل من وزن وأبعاد النظام، في حين أن التشغيل الهوائي يمكن أن يوفر قوة تشغيل عالية.
بالنسبة للمشغلات المذكورة أعلاه، إما بسبب الحجم الكبير أو الاستجابة البطيئة، فهي غير مناسبة للدمج مع الروبوتات اللينة لتطوير نظام روبوت متقدم قابل للتمديد، حيث يتطلب الأمر استجابة سريعة وأبعادًا مضغوطة ومخرجات قوية.
بشكل واعد، يمكن للمشغل القائم على الانفجار التنظيم الذاتي لضغط التشغيل باستخدام التحلل الكيميائي للهيدريد في مكان مغلق، حيث يمكن تحقيق القوة العالية وحركة الإخراج الخطية.
يحتوي هذا المشغل على نسبة عالية من القوة إلى الوزن نظرًا لهيكله البسيط وخرجه القوي، حيث يمكن حذف آلية النقل المعقدة وآلية تراكم الطاقة وآلية إطلاق إطلاق الطاقة.
تعد هذه الميزات ميزة كبيرة، حيث يمكنها تقليل الوزن الإجمالي للنظام. بفضل مزايا نظام التشغيل المعتمد على الانفجار، يمكن دمجه مع الروبوت المرن ذو الحركة الخطية المتطورة لتحقيق حركة سريعة وبعيدة المدى.
تنفيذ هذه التغييرات لأنظمة روبوتية أكثر كفاءة
بعد إدراك هذه التحديات، احتاج الباحثون إلى تصميم روبوتات ناعمة يمكن أن يؤدي انفجارها إلى تحقيق حركة خطية.
وذلك لأن العملية التفجيرية المقترنة بعمليات تحويل الطاقة – الديناميكيات الكيميائية، وديناميات المرحلة الغازية، وديناميات الموائع – تعتبر بالغة الأهمية لنجاح عمل النظام.
لحل هذه المشكلة، اقترح الباحثون مجموعة من مبادئ التصميم الفريدة لروبوتهم اللين.
أولاً، قدم مايكل تي توللي روبوتًا رقيقًا غير مقيد باستخدام مجموعة من المحركات الهوائية والمتفجرة لتنفيذ مناورات القفز الاتجاهي.
بعد ذلك، أوضح روبرت إف شيبرد التشغيل السريع لشبكات pneu باستخدام تفاعل كيميائي لتوليد رشقات ضغط متفجرة.
ومع ذلك، اكتشف الباحثون أنه لا يمكن لأي روبوتات ناعمة مدعومة بالانفجار أن تدرك الحركة الخطية لمسافات طويلة وعالية السرعة.
صرح ما: “لمواجهة التحديات المذكورة أعلاه للروبوتات اللينة ولتحقيق مسافات طويلة وحركة خطية عالية السرعة، تم اقتراح روبوت ناعم قائم على الانفجار.”
لدعم وتوقع أداء الروبوت الناعم القائم على الانفجار، تم إنشاء نموذج ديناميكي مفصل جديد، والذي يمكن استخدامه للتنبؤ الكمي بالطاقة الناتجة عن الانفجار والتنبؤ بتشوه الروبوت اللين.
علاوة على ذلك، تم أيضًا حساب تغير سائل العمل (الأرقام الجزيئية) وبعض العوامل المؤثرة التي لا مفر منها، مثل فقد انتقال الحرارة، والحرارة النوعية، والاحتراق غير الكامل.
أخيرًا، تم اختبار أداء الروبوت الناعم القائم على الانفجار لتحقيق الامتداد المحوري، والذي يستخدم أيضًا للتحقق من النموذج الديناميكي الذي تم تطويره في هذه الورقة.
تظهر نتائج هذه الدراسة أنه يمكن التحقق من صحة النموذج المطور من خلال النتائج التجريبية، والتي يمكن أن توفر طريقة فعالة لتوجيه تصميم هيكل الروبوتات اللينة في المرحلة الأولية.
المصدر: innovationnewsnetwork
إقراء ايضا:
