O mănușă inspirată de caracatițe poate ajuta oamenii să apuce lucruri sub apă

O echipă de cercetători condusă de Michael Bartlett, de la Universitatea Virginia Tech, din SUA, a dezvoltat mănușa inspirată de caracatițe capabilă să prindă în siguranță obiectele sub apă.

Cercetarea lor a fost publicată în revista Science Advances.

Oamenii nu sunt echipați în mod natural pentru a trăi într-un mediu subacvatic. Folosim rezervoare pentru a respira, costume din neopren pentru a ne proteja și încălzi corpul și ochelari de protecție pentru a vedea clar.

Într-un astfel de mediu, mâna omului este, de asemenea, slab echipată pentru a putea apuca lucruri. Oricine a încercat să țină un pește care se zbate poate confirma că obiectele subacvatice sunt greu de apucat cu degetele noastre care construite pentru uscat.

„Există momente critice când acest lucru devine o extrem de important. Natura are deja niște soluții grozave, așa că echipa noastră a căutat idei în lumea naturală. Caracatița a devenit o alegere evidentă pentru inspirație”, a spus Bartlett, citat de Eurek Alert.

Mănușa inspirată de caracatițe ar putea fi utilă într-o multitudine de situații

Scafandrii de salvare, arheologii subacvatici, inginerii de poduri și echipajele de salvare își folosesc cu toții mâinile pentru a extrage oameni și obiecte din apă. Mâinile umane, cu o capacitate mai mică de a ține lucruri alunecoase, trebuie să recurgă la utilizarea a mai multă forță, iar o prindere ce utilizează fier poate compromite uneori aceste operațiuni. Atunci când este necesară o atingere delicată, ar fi util să avem mâinile făcute pentru apă.

Acestea sunt însușirile pe care Bartlett și colegii săi au căutat să le obțină. Echipa sa de la Laboratorul de Structuri și Materiale Moi a adaptat soluțiile biologice pentru a crea tehnologii realizate din materiale moi și robotică.

Cum funcționează ventuzele caracatiței?

Caracatița este o creatură unică, echipată cu opt brațe lungi care pot prinde nenumărate lucruri într-un mediu acvatic. Într-o frumoasă integrare a instrumentelor practice și a inteligenței, aceste brațe sunt acoperite cu ventuze controlate de sistemul muscular și nervos al animalului marin.

Fiecare ventuză, în formă de capăt de piston, contribuie cu o capacitate puternică de smulgere. După ce marginea lată exterioară a ventuzei se etanșează pe un obiect, mușchii se contractă și relaxează zona în formă de cupă din spatele marginii pentru a crește sau elimina presiunea. Atunci când sunt cuplate mai multe ventuze, se creează o legătură puternică precum un adeziv, din care cu greu se poate scăpa.

„Când ne uităm la caracatiță, adezivitatea iese cu siguranță în evidență, activând și eliberând rapid aderența la cerere”, a spus Bartlett.

„Ceea ce este la fel de interesant, totuși, este că caracatița controlează peste 2.000 de ventuze din opt brațe prin procesarea informațiilor de la diverși senzori chimici și mecanici. Caracatița reunește într-adevăr reglarea aderenței, detectarea și controlul pentru a manipula obiectele subacvatice”, spune cercetătorul.

Mănușa inspirată de caracatițe folosește senzori LiDAR

Pentru a proiecta mănușa inspirată de caracatițe, cercetătorii s-au concentrat pe re-imaginarea ventuzelor: o tulpină maleabilă din cauciuc acoperită cu membrane moi. Designul a fost creat pentru a îndeplini aceeași funcție ca ventuzele unei caracatițe, activând o aderare fiabilă la obiecte folosind o presiune ușoară, ideală atât pe suprafețele plane, cât și pe cele curbate.

După ce au dezvoltat mecanismele adezive, au avut nevoie și de o modalitate prin care mănușa inspirată de caracatițe să detecteze obiectele și să declanșeze aderența. Pentru asta l-au adus profesorul asistent Eric Markvicka, de la Universitatea din Nebraska-Lincoln, care a adăugat o serie de senzori optici de proximitate micro-LIDAR care detectează cât de aproape este un obiect.

Ventuzele și LIDAR-ul au fost apoi conectate printr-un microcontroler pentru a împerechea detectarea obiectelor cu activarea ventuzelor, imitând astfel sistemele nervos și muscular ale unei caracatițe.

Utilizarea senzorilor pentru a cupla ventuzele face ca sistemul să fie adaptabil. Într-un mediu natural, o caracatiță își înfășoară brațele în jurul stâncilor și suprafețelor, atașându-se de cochilii netede și de ciripede aspre.

Rezultatul muncii cercetătorilor a fost botezat Octa-glove

Echipa de cercetare a dorit, de asemenea, ceva care să pară natural pentru oameni și să le permită să ridice lucrurile fără efort, adaptându-se la diferite forme și dimensiuni, așa cum ar face o caracatiță. Soluția lor a fost o mănușă cu ventuze sintetice și senzori strâns integrați, creând o armonie de sisteme portabile care prind sub apă multe forme diferite. Rezultatul a fost numit Octa-glove.

În timpul testării, cercetătorii au încercat câteva moduri de prindere diferite. Pentru a manipula obiecte delicate și ușoare, au folosit un singur senzor. Ei au descoperit că ar putea ridica și elibera rapid obiecte plate, jucării metalice, cilindri, porțiunea curbă a unei linguri și o minge de hidrogel ultramoale.

Prin reconfigurarea rețelei de senzori pentru a utiliza toți senzorii pentru detectarea obiectelor, aceștia au putut, de asemenea, să prindă obiecte mai mari, cum ar fi o farfurie, o cutie și un bol. Obiectele plate, cilindrice, convexe și sferice constând atât din materiale dure, cât și din materiale moi au fost ridicate chiar și atunci când utilizatorii nu apucau obiectul închizând mâinile.

Cercetătorii văd mănușa ca având un rol potențial în domeniul roboticii moi pentru prinderea subacvatică, aplicații în tehnologii asistate de utilizator și îngrijire a sănătății și în fabricarea, asamblarea și manipularea obiectelor umede.

Vă recomandăm să citiți și:

Spuma de monoxid de carbon, un nou aliat împotriva inflamației?

O cască inteligentă va măsura modul în care dorm astronauții

Noile turbine eoliene pot produce energie la o scară fără precedent. Cum se prezintă proiectul?

Celula solară perovskită depășește pentru prima dată pragul de 30 de ani pentru durata de viață