Ρομπότ με… τένοντες από τους ερευνητές του MIT!

Στον κόσμο της ρομποτικής, υπήρχε πάντα ένα χάσμα ανάμεσα στην άκαμπτη δύναμη της μηχανής και την αρμονική κίνηση της φύσης. Ενώ τα ρομπότ μπορούν να σηκώσουν τόνους, συχνά υστερούν στη λεπτότητα και την ελαστικότητα που χαρακτηρίζει το ανθρώπινο σώμα. Ωστόσο, μια νέα πρόοδος από το MIT έρχεται να γεφυρώσει αυτό το χάσμα, λύνοντας ένα από τα πιο επίμονα προβλήματα της μηχανικής: πώς να ενώσεις το μαλακό με το σκληρό χωρίς να σπάσει ο δεσμός.

Η είδηση δεν αφορά απλώς μια βελτίωση στα υλικά, αλλά μια θεμελιώδη αλλαγή στον τρόπο που κατασκευάζουμε τις μηχανές του μέλλοντος. Οι ερευνητές του MIT κατάφεραν να δημιουργήσουν τεχνητούς τένοντες, μιμούμενοι την ανθρώπινη ανατομία, για να συνδέσουν τους μαλακούς τεχνητούς μύες με τους σκληρούς σκελετούς των ρομπότ.

Η «Αχίλλειος Πτέρνα» της Ρομποτικής

Η Soft Robotics είναι ο κλάδος που υπόσχεται ρομπότ ασφαλέστερα για τον άνθρωπο, ικανά να αλληλεπιδρούν με ευαίσθητα αντικείμενα. Το βασικό υλικό που χρησιμοποιείται για τους τεχνητούς μύες είναι τα υδροτζελ, πολυμερή που αποτελούνται κυρίως από νερό, είναι ελαστικά και γλιστερά.

Μέχρι σήμερα, το μεγάλο πρόβλημα ήταν η ένωση αυτών των υλικών με τα σκληρά εξαρτήματα (κόκαλα/σκελετός) του ρομπότ.

• Οι κόλλες αποτύγχαναν καθώς δεν μπορούσαν να συγκρατήσουν τα υγρά, γλιστερά υλικά.
• Οι μηχανικές ενώσεις (βίδες, καρφιά) προκαλούσαν φθορά και σχίσιμο στο σημείο πίεσης, οδηγώντας σε γρήγορη καταστροφή του «μυός».

Το αποτέλεσμα ήταν ρομπότ που είτε ήταν πολύ εύθραυστα για πραγματική εργασία, είτε έχαναν την ελαστικότητά τους στα σημεία ένωσης.

Η λύση της Φύσης: Ξεπερνώντας την απλή συγκόλληση

Η ομάδα του MIT, αναζητώντας λύση, στράφηκε στον καλύτερο μηχανικό που υπάρχει: την ίδια τη φύση. Στο ανθρώπινο σώμα, οι μύες δεν είναι απλώς κολλημένοι στα οστά. Συνδέονται μέσω των τενόντων, οι οποίοι αποτελούν μια σταδιακή μετάβαση από το μαλακό μυϊκό ιστό στο σκληρό οστό, δημιουργώντας μια αδιάσπαστη αλυσίδα.

Εφαρμόζοντας αυτή τη λογική, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο όπου η ένωση δεν γίνεται επιφανειακά, αλλά μοριακά.

Πώς λειτουργεί η νέα τεχνολογία

Η καινοτομία έγκειται στον τρόπο που προετοιμάζεται ο σκελετός του ρομπότ. Αντί να προσπαθήσουν να κολλήσουν τον μυ πάνω στο οστό, οι επιστήμονες:

1. Τροποποιούν τον σκελετό: Χρησιμοποιούν έναν σκελετό εκτυπωμένο τρισδιάστατα (3D printed) από ειδικό πολυμερές.
2. Χημική Επεξεργασία: Ο σκελετός περνάει από μια διαδικασία χημικής κατεργασίας με βενζοφαινόνη, η οποία δημιουργεί μια κολλώδη επιφάνεια σε μοριακό επίπεδο.
3. Συγχώνευση: Όταν το υδροτζέλ (ο μυς) τοποθετείται πάνω στον επεξεργασμένο σκελετό, τα πολυμερή της υδρογέλης διεισδύουν στο δίκτυο του σκελετού.

Με απλά λόγια, ο μυς και το οστό δεν ενώνονται απλώς, αλλά γίνονται ένα σώμα στο σημείο επαφής, ακριβώς όπως συμβαίνει στους βιολογικούς οργανισμούς. Αυτό δημιουργεί έναν δεσμό εξαιρετικά ανθεκτικό, που δεν ξεφλουδίζει και δεν σπάει κάτω από πίεση.

Γιατί αυτό αλλάζει τα πάντα

Η σημασία αυτής της προόδους εκτείνεται πολύ πέρα από τα εργαστήρια του MIT. Η δυνατότητα δημιουργίας ισχυρών δεσμών μεταξύ μαλακών και σκληρών υλικών ανοίγει νέους ορίζοντες σε πολλαπλούς τομείς:

1. Επόμενη Γενιά Προσθετικής

Τα σημερινά τεχνητά μέλη είναι λειτουργικά αλλά άκαμπτα. Η νέα τεχνολογία επιτρέπει την κατασκευή προσθετικών μελών που κινούνται με τη φυσικότητα ενός πραγματικού χεριού ή ποδιού, απορροφώντας κραδασμούς και προσφέροντας μεγαλύτερη άνεση στον χρήστη.

2. Βιομηχανικά Ρομπότ Συνεργασίας (Cobots)

Στα εργοστάσια, τα ρομπότ πρέπει συχνά να είναι απομονωμένα σε κλουβιά για την ασφάλεια των εργαζομένων. Με τη χρήση τεχνητών μυών που αντέχουν σε καταπονήσεις, μπορούμε να δούμε ρομπότ που εργάζονται δίπλα στον άνθρωπο, ικανά να σηκώνουν βάρη αλλά και να είναι «μαλακά» σε περίπτωση τυχαίας επαφής.

3. Ρομπότ Εξερεύνησης

Φανταστείτε ρομπότ που μπορούν να συμπιέζονται για να περάσουν από στενά περάσματα σε περιπτώσεις σεισμών ή εξερεύνησης σπηλαίων, χωρίς τον φόβο ότι τα εξαρτήματά τους θα αποκολληθούν λόγω της τριβής.

Αντοχή που εκπλήσσει

Τα πειράματα που διεξήγαγε η ομάδα του MIT ήταν αποκαλυπτικά. Οι νέοι σύνδεσμοι αποδείχθηκαν εξαιρετικά ανθεκτικοί στην κόπωση. Ακόμα και μετά από χιλιάδες κύκλους κίνησης και έντονης καταπόνησης, η ένωση μεταξύ του τεχνητού μυός και του σκελετού παρέμεινε ανέπαφη. Μάλιστα, σε πολλές περιπτώσεις, το ίδιο το υλικό του υδροτζέλ θα αποτύχαινε (θα σχιζόταν) πριν αποτύχει η ένωση με το οστό, αποδεικνύοντας ότι ο «τένοντας» ήταν πλέον το πιο ισχυρό σημείο της κατασκευής.