Τα ρομπότ ενδέχεται σύντομα να κάνουν περισσότερα από το να κινούνται, καθώς θα μπορούν να αναπτύσσουν τους δικούς τους αισθητήρες
Φανταστείτε να στέλνετε ένα ρομπότ σε ένα άγνωστο περιβάλλον, χωρίς να γνωρίζετε τι μπορεί να συναντήσει.
Εάν βρεθεί αντιμέτωπο με κάτι που οι υπάρχοντες αισθητήρες του δεν μπορούν να ανιχνεύσουν, κανονικά θα πρέπει να επιστρέψει σε ένα εργαστήριο για να εξοπλιστεί με νέα συστήματα. Τι θα συνέβαινε, όμως, εάν μπορούσε αντί γι' αυτό να αναπτύξει έναν νέο αισθητήρα ακριβώς στο σημείο όπου τον χρειάζεται;
Μια ομάδα ερευνητών παρουσίασε ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, με ένα ρομπότ σε σχήμα σκόρου, το οποίο χρησιμοποιεί ένα τεχνητό κυκλοφορικό σύστημα για να μεταφέρει χημικά συστατικά σε όλο το σώμα του και να αναπτύσσει έναν λειτουργικό αισθητήρα φωτός σε οποιοδήποτε σημείο προσπίπτει υπεριώδης ακτινοβολία (UV), σύμφωνα με το Interesting Engineering.
«Εργάζομαι πάνω στη δημιουργία ενός κυκλοφορικού συστήματος για τα ρομπότ, ώστε να μπορούν να μεταφέρουν μοριακά δομικά στοιχεία σε ολόκληρο το σώμα τους και να δημιουργούν τον εξοπλισμό που χρειάζονται, επιτόπου, στο σημείο και τη χρονική στιγμή που απαιτείται», δήλωσε η Κάντρι-Αν Πανκράτοφ, επικεφαλής ερευνήτρια και υποψήφια διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο του Τάρτου στην Εσθονία.
Το πείραμα υποδηλώνει ότι τα ρομπότ θα μπορούσαν τελικά να προσαρμόζονται όχι μόνο αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούν τον υπάρχοντα εξοπλισμό τους, αλλά και δημιουργώντας χημικά εντελώς νέες δυνατότητες στο εσωτερικό του σώματός τους.
Έμπνευση από τον τρόπο με τον οποίο τα έντομα κυκλοφορούν τα υλικά στο σώμα τους
Τα περισσότερα ρομπότ εγκαταλείπουν το εργοστάσιο έχοντας ήδη καθορισμένο τον εξοπλισμό τους. Οι μηχανικοί πρέπει να προβλέψουν ποιους αισθητήρες θα χρειαστούν και σε ποια σημεία θα τους εγκαταστήσουν.
Παρότι το προσαρμοστικό λογισμικό μπορεί να βοηθήσει τα ρομπότ να ανταποκρίνονται σε απρόβλεπτες καταστάσεις, δεν μπορεί να αντισταθμίσει την απουσία ενός φυσικού αισθητήρα. Η προσθήκη εντελώς νέων δυνατοτήτων μετά την ανάπτυξη ενός ρομπότ παραμένει σημαντική μηχανική πρόκληση.
Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τάρτου στην Εσθονία και το Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας διερεύνησαν κατά πόσο ένα ρομπότ θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτόν τον περιορισμό αξιοποιώντας μια ιδέα από τη φύση: την κυκλοφορία υγρών. Στα έντομα, ένα ανοικτό κυκλοφορικό σύστημα αντλεί αιμολέμφο, ένα υγρό παρόμοιο με το αίμα, σε όλο το σώμα, επιτρέποντάς του να φτάνει σε διαφορετικά όργανα και ιστούς.
Η ομάδα εμπνεύστηκε από τους σκόρους και ιδιαίτερα από το είδος Catocala fraxini. Τα σχετικά επίπεδα φτερά του προσέφεραν ένα πρακτικό πρότυπο, καθώς η κυκλοφορία των υγρών σε αυτά πραγματοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε ένα μόνο επίπεδο, απλοποιώντας τις εσωτερικές σωληνώσεις του ρομπότ.
Οι ερευνητές εκτύπωσαν τρισδιάστατα ένα διαφανές πλαστικό σώμα χρησιμοποιώντας τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο τροποποιημένο με γλυκόλη (PETG). Καθένα από τα δύο φτερά του κάλυπτε επιφάνεια 86 τετραγωνικών εκατοστών και περιείχε κανάλια πλάτους ενός χιλιοστού, τα οποία έμοιαζαν με φλέβες.
Μικρότερα κενά ανάμεσα στις εκτυπωμένες πλαστικές γραμμές σχημάτιζαν ένα δίκτυο μικροκαναλιών, επιτρέποντας στα υγρά να διεισδύουν περίπου 10 μικρόμετρα μέσα στο υλικό. Μία μόνο αντλία κυκλοφορούσε περίπου 3 χιλιοστόλιτρα (ml) υγρού σε ολόκληρο το ρομπότ, κατανέμοντας τα χημικά συστατικά σε όλο το σώμα του.
Η υπεριώδης ακτινοβολία μετατρέπει ένα τμήμα του ρομπότ σε αισθητήρα
Για τη δημιουργία ενός φωτοϋποδοχέα, οι ερευνητές κυκλοφόρησαν μια τεχνητή αιμολέμφο που περιείχε πυρρόλιο, έναν χημικό εκκινητή που ενεργοποιείται από το φως, καθώς και ένα πρόσθετο με βάση την κυτταρίνη, το οποίο ονομάζεται προπιονικός οξικός εστέρας κυτταρίνης (CAP). Το μείγμα εισήλθε στα εσωτερικά μικροκανάλια του πλαστικού και εμποτίστηκε στο υλικό που τα περιέβαλλε.
Όταν υπεριώδης ακτινοβολία προσέπιπτε σε μια συγκεκριμένη περιοχή για περίπου ένα λεπτό, ενεργοποιούσε μια χημική αντίδραση που μετέτρεπε το πυρρόλιο σε πολυπυρρόλιο, ένα ηλεκτρικά αγώγιμο πολυμερές. Το προηγουμένως διαφανές πλαστικό γινόταν σταδιακά μαύρο στα σημεία όπου πραγματοποιούνταν η αντίδραση, παρέχοντας ορατές ενδείξεις για τον σχηματισμό του νέου υλικού.
Χρησιμοποιώντας ένα διάτρητο πρότυπο, οι ερευνητές μπορούσαν να ελέγχουν το σχήμα και τη θέση του αισθητήρα με ακρίβεια 0,3 χιλιοστών.
Το υλικό που προέκυψε ανταποκρινόταν στην έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία μεταβάλλοντας προσωρινά τις ηλεκτρικές του ιδιότητες. Όταν προσέπιπτε πάνω του υπεριώδες φως, η ηλεκτρική του σύνθετη αντίσταση μειωνόταν, επιτρέποντας σε έναν ενσωματωμένο μικροελεγκτή να ανιχνεύει το σήμα. Στη συνέχεια, το ρομπότ μπορούσε να ανταποκριθεί κουνώντας τα φτερά του μέσω ενός σύρματος με μνήμη σχήματος ή αναβοσβήνοντας μια λυχνία LED.
Με άλλα λόγια, το ρομπότ απέκτησε μια ικανότητα ανίχνευσης που δεν διέθετε όταν κατασκευάστηκε.
«Θα μπορούσατε, φυσικά, να χρησιμοποιήσετε μια έτοιμη φωτοδίοδο, αλλά θα έπρεπε να γνωρίζετε με αρκετή ακρίβεια πού να την τοποθετήσετε. Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να το γνωρίζετε εκ των προτέρων, καθώς τα ρομπότ εισέρχονται σε πιο επικίνδυνα και σύνθετα περιβάλλοντα. Η επιτόπια ανάπτυξη του φωτοϋποδοχέα σημαίνει ότι το ίδιο το περιβάλλον μπορεί να διαμορφώσει το ρομπότ, με βάση όσα συμβαίνουν πραγματικά εκείνη τη χρονική στιγμή», δήλωσε η Πανκράτοφ.
Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης κάτι απροσδόκητο: ο αισθητήρας γινόταν ολοένα και πιο ευαίσθητος με την επαναλαμβανόμενη έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία. Το πυρρόλιο που είχε απομείνει συνέχιζε να πολυμερίζεται, δημιουργώντας πρόσθετες δομές πολυπυρρολίου και μεταβάλλοντας τις ηλεκτρικές ιδιότητες του αισθητήρα.
Η ομάδα ερμηνεύει αυτό το φαινόμενο ως μια μορφή υλικής μνήμης, κατά την οποία η φυσική δομή του αισθητήρα διατηρεί ένα αρχείο των προηγούμενων εμπειριών του. Αξιοσημείωτο είναι ότι οι αισθητήρες παρέμειναν λειτουργικοί ακόμη και μετά από περισσότερους από τέσσερις μήνες αποθήκευσης.
Θα αναπτύσσουν τα ρομπότ τον δικό τους εξοπλισμό;
Η επίδειξη εξακολουθεί να αποτελεί μια απόδειξη της ιδέας (proof of concept). Βασίζεται σε μία προκαθορισμένη χημική αντίδραση και ο σχηματισμός του αισθητήρα είναι μη αναστρέψιμος.
Οι ερευνητές έλεγχαν επίσης πότε εισερχόταν το χημικό μείγμα στο ρομπότ και χρησιμοποιούσαν ένα διάτρητο πρότυπο για να καθορίσουν το σημείο στο οποίο θα αναπτυσσόταν ο αισθητήρας. Επιπλέον, το ρομπότ δεν μπορεί ακόμη να αποφασίζει αυτόνομα ποιον νέο εξοπλισμό χρειάζεται ή να επινοεί έναν τρόπο κατασκευής του.
Παρόλα αυτά, η συγκεκριμένη προσέγγιση θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει ρομπότ που λειτουργούν σε άγνωστα περιβάλλοντα, από δάση και κτίρια που έχουν καταρρεύσει έως υποθαλάσσιες τοποθεσίες και άλλους πλανήτες.
Το ίδιο κυκλοφορικό δίκτυο θα μπορούσε να μεταφέρει διαφορετικές χημικές ουσίες για την παραγωγή υλικών προστασίας από τη διάβρωση, ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης ή ακόμη και διασυνδέσεων με ζωντανούς ιστούς. Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να εξερευνήσουν χημικά συστήματα που θα μπορούν να είναι αναστρέψιμα.
Η επόμενη πρόκληση είναι να καταστεί η διαδικασία λιγότερο εξαρτημένη από προκαθορισμένες οδηγίες. «Αυτή τη στιγμή, η κεντρική νοημοσύνη του ρομπότ γνώριζε ποιο εξάρτημα επρόκειτο να δημιουργηθεί. Πώς μπορούμε να το κάνουμε έτσι ώστε να μην είναι κάτι προκαθορισμένο; Δεν έχουμε ακόμη ένα καλό πρότυπο έμπνευσης στη βιολογία για αυτό», δήλωσε η Πανκράτοφ.
Η Πανκράτοφ ελπίζει ότι το τεχνητό αίμα και τα κυκλοφορικά συστήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια καθιερωμένη επιλογή στη ρομποτική μέσα στην επόμενη δεκαετία, επιτρέποντας ενδεχομένως στις μηχανές να αναπτύσσουν νέες δυνατότητες ως απάντηση στα περιβάλλοντα που συναντούν.
(Η μελέτη δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Science)
www.worldenergynews.gr
