هياكل متغيرة الشكل: مستقبل الابتكار الروبوتي
طور باحثون في الصين هيكلًا مزدوج الانضغاط للغاية مع حواجز طاقة قابلة للبرمجة وقوى تحريك. يمكن تخصيص الهياكل في العديد من التكوينات الهندسية والأبعاد والمواد وطرق التشغيل لاستخدامها في التطبيقات الروبوتية. من خلال إعادة تشكيل الهيكل من الحالة المستقرة إلى أي حالة وسيطة، يتناقص حاجز الطاقة، مما يتيح للمنبهات الخارجية الأصغر إطلاقًا سريعًا. أظهر الفريق قابلية ضبط الهيكل مع نماذج أولية مختلفة، بما في ذلك مصيدة ذباب آلية، ومقابض، وطائر، وسباح، ومفتاح حراري، ونظام فرز. يمكن أن يؤدي هذا العمل إلى تطورات في علم الروبوتات والهندسة الطبية الحيوية والهندسة المعمارية والفن الحركي. (فن كسوري تجريدي يمثل هياكل متغيرة الشكل.)
هياكل ثنائية قابلة للضبط فائقة تم تطويرها للتطبيقات الروبوتية العالمية
طور باحثون صينيون هيكلًا ثنائي الاستقرار قابل للضبط للغاية مع ميزات قابلة للتخصيص للتطبيقات الروبوتية، مما يوفر قوى تحريك قابلة للتعديل وإظهار الاستخدامات المحتملة في مجموعة من المجالات.
الهياكل ذات الثبات في الطبيعة لا مثيل لها لاستجابتها السريعة وتضخيم القوة حتى مع التحفيز البدني البسيط. يمكن أن يؤدي تسخير الثبات وعدم الاستقرار للإفراج السريع عن الطاقة المخزنة في الهياكل ثنائية الاستقرار إلى تحسين أداء الروبوت في العديد من المجالات، على سبيل المثال، الحركة عالية السرعة، والاستشعار التكيفي، والإمساك السريع.
ومع ذلك، فإن الأعمال الحالية على الهياكل ثنائية الاستقرار تركز بشكل أساسي على حالاتها المستقرة، في حين أن الحالات الوسيطة التي تحتوي على مجموعة كبيرة من حواجز الطاقة القابلة للضبط مفقودة من الدراسات الحالية.
في الآونة الأخيرة، اقترح فريق بحثي بقيادة الدكتور LI Yingtian من معهد Shenzhen للتكنولوجيا المتقدمة (SIAT) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم نوعًا من الهياكل ثنائية الانضغاط فائقة الانضغاط مع حواجز طاقة قابلة للبرمجة وتحريك قوى أوامر الاختلافات في الحجم. يمكن أيضًا تخصيص الهياكل باستخدام تكوينات هندسية وأبعاد ومواد وطرق تشغيل متنوعة للتطبيقات الروبوتية المختلفة.
نُشر هذا العمل في مجلة Cell Reports Physical Science في 18 أبريل.
رسم تخطيطي للهيكل ثنائي الاستقرار المقترح فائق الضبط. الائتمان: LI Yingtian)
تم تصنيع الهيكل ثنائي الاستقرار المُبلغ عنه عن طريق طي مادة صفيحة بنمط تجعد محدد. تمتلك حالة مستقرة، حالة مستقرة، وحالات وسيطة هائلة. عندما ينتقل الهيكل ثنائي الاستقرار من حالته غير المستقرة إلى الحالة المستقرة، توجد نقطة حرجة، حيث تصل طاقة الإجهاد المخزنة إلى أقصى قيمة لها، ويبدأ التشغيل المفاجئ السريع.
في هذا العمل، تم الإبلاغ عن الحالات الوسيطة الهائلة مع حواجز الطاقة القابلة للبرمجة قبل أن يصل الهيكل ثنائي الاستقرار إلى نقطته الحرجة.
من خلال إعادة تشكيل الهيكل من الحالة المستقرة إلى أي حالة وسيطة، يتناقص حاجز الطاقة، مما يعني أن هناك حاجة إلى تحفيز خارجي أصغر لتحريك المفاجأة السريعة للهياكل ثنائية الاستقرار. مع استمرار انخفاض حاجز الطاقة، يصبح التحفيز الخارجي المطلوب أكثر حساسية. هذه هي الطريقة التي حقق بها الباحثون مجموعة كبيرة من قوى الزناد القابلة للتعديل للهيكل المقترح القابل للثبات القابل للتحكم.
عرض توضيحي لاكتشاف القوة فائقة الحساسية وخصائص الاستجابة السريعة. يمكن تشغيل الهيكل المقترح بواسطة قطرة ونحل طائر عند ضبطه على حالات وسيطة ذات حواجز طاقة منخفضة للغاية. الائتمان: LI Yingtian
لإثبات ضبط الهيكل المقترح، أجرى الباحثون سلسلة من التجارب وأوضحوا أنه يمكن ضبط قوة الزناد الخاصة بهيكل واحد على 0.1٪ من قيمته القصوى، بينما كان فرق الوزن المرتفع أكبر بمقدار 10 7 مرات باستخدام القابض. من خلال الهياكل المقترحة مع معايير تصميم مختلفة.
“يمكننا ضبط الهيكل إلى حالة فائقة الحساسية بحيث يستجيب لتحفيز دقيق مثل لمسة نحلة طائر، بينما يمكننا أيضًا ضبط الهيكل على حالة غير حساسة حتى أن كرة سرقة تزن 110 جرامًا يمكن أن قال الدكتور LI.
مصيدة روبوتية. يمكن أن تستجيب “المدقة” فائقة الحساسية لللمسة الناعمة للنحلة الطائرة في غضون 10 مللي ثانية، وبعد ذلك يمكن لـ “الفصوص” أن تغلق نفسها في مصيدة النحل ثم تعيد فتحها لتحريرها. الائتمان: LI Yingtian
للتحقق من إمكانات الهيكل في تطبيقات متنوعة، تم تطوير نماذج أولية مختلفة، بما في ذلك مصيدة ذباب آلية، ومقابض، وطائر، وسباح، ومفتاح حراري، ونظام فرز. توضح النماذج الأولية أن مصيدة الذباب الروبوتية ذات “المدقة” الحساسة يمكن تشغيلها عن طريق التحفيز الجسدي في غضون 10 مللي ثانية؛ يستطيع الماسك ثنائي الاستقرار التقاط كرة تنس طاولة عالية السرعة (10 م / ث)؛ ويصل القافز الأدنى إلى ارتفاع يزيد عن 24 مرة من ارتفاع جسمه، إلخ.
قال الدكتور LI: “يسعدنا أن نكتشف أن هيكلنا المقترح يمكن استخدامه في مثل هذه المجموعة الواسعة من التطبيقات، مما يدل على الأداء المتفوق”. “يمكن أن يوسع هذا العمل حدود تصميم الهيكل ثنائي الاستقرار ويقود طريقة للتصاميم المستقبلية في مجال الروبوتات، والهندسة الطبية الحيوية، والهندسة المعمارية، والفن الحركي.”
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
