Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Aquaboty napędzane... wódką i inspirowane... płatkami Cheerios?! Tak, już istnieją
Aquaboty napędzane... wódką i inspirowane... płatkami Cheerios?! Tak, już istnieją

Rozwój automatyki i robotyki przyczynia się do coraz szerszego zastosowania robotów w różnych dziedzinach przemysłu. Nowoczesne maszyny są funkcjonalne, precyzyjne i niezawodne oraz relatywnie przystępne cenowo. Ich użycie niesie poprawę jakości produkcji oraz jej efektywności, a także bezpieczeństwa pracy. W tej dziedzinie naukowcy odkryli nowy sposób zasilania robotów. Koncentrując się na napięciach powierzchniowych, opracowali maleńkie roboty, które mogą wykonywać zadania przemysłowe.

 

Dane Międzynarodowej Federacji Robotyki IFR (z ang. International Federation of Robotics) wskazują, że na całym świecie pracuje obecnie ok. 3 mln robotów przemysłowych. Większość z nich znajduje się w krajach wysoko rozwiniętych, tj. Korei Płd., Japonii, USA, Niemczech. Jeżeli chodzi o rynek polski, liczba robotów rośnie powoli, a nasz kraj plasuje się poniżej średniej światowej. Po chwilowym załamaniu sprzedaży nowych maszyn w roku ubiegłym nastąpił powrót do trendu wzrostowego. Jest to szczególnie widoczne m.in. w Chinach, które stały się obecnie głównym rynkiem inwestycji w robotyzację i inne nowoczesne technologie.

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda stworzyli maleńkie roboty wykorzystujące tę samą metodę do unoszenia się na wodzie, która pozwala chrząszczom unosić się w stawach i powoduje, że znane płatki śniadaniowe Cheerios skupiają się ze sobą w misce z mlekiem. Mowa o efekcie Marangoniego, czyli zjawisku przypowierzchniowych przepływów masy wywołanych gradientem napięcia powierzchniowego w cieczach między dwiema fazami, co prowadzi do transferu masy i konwekcyjnego ruchu płynu. Ogólnie rzecz biorąc, napięcie powierzchniowe zależy od temperatury i składu chemicznego na granicy faz.   Jackson Wilt z Uniwersytetu Harvarda i jego koledzy wydrukowali w 3D okrągłe plastikowe krążki o średnicy ok. 1 cm, aby wykorzystać ten efekt w robotach. Wewnątrz każdego z krążków znajdowała się komora powietrzna zapewniająca pływalność i niewielki zbiornik paliwa zawierający alkohol, który ma niższe napięcie powierzchniowe niż woda – w stężeniach od 10% do 50%. Mechanizm jest prosty – alkohol stopniowo wycieka z krążka, napędzając go po powierzchni wody. Zespół wykorzystał alkohol jako paliwo, ponieważ był on lepszy niż mydło, które zanieczyszczało wodę. Ponadto alkohol paruje, nie psując efektu Marangoniego. Naukowcy testowali napęd na piwie, wódce i absyncie i uzyskali lepsze wyniki przy użyciu obu mocniejszych alkoholi. W szczytowym momencie roboty poruszały się z prędkością 6 cm na sekundę, a w niektórych próbach – krążki były napędzane nawet przez 500 sekund. Użycie wielu krążków pozwoliło również na zbadanie „efektu Cheerios”, który występuje, gdy płatki zbożowe lub inne podobne obiekty pływające skupiają się.

Mobilność jest krytycznym aspektem rozwoju robotów i stanowi większe wyzwanie dla małych robotów wodnych. Niedawno naukowcy z Chin zaproponowali programowalny silnik Marangoni (silnik PM) do napędzania centymetrowych aquabotów S o wysokiej zwrotności i zdolności adaptacji. Wykorzystali oni lekką, kompaktową i elastyczną elektronikę hybrydową do precyzyjnego uwalniania etanolu w celu uzyskania kontrolowanego napędu, inteligentnego wykrywania i funkcji komunikacji bezprzewodowej. Silnik PM wykorzystuje gradient napięcia powierzchniowego generowany przez etanol uwalniany z „żył” inspirowanych liśćmi i poprawia wydajność paliwową 3,5-krotnie w porównaniu z tradycyjnymi robotami napędzanymi efektem Marangoniego. W rezultacie wytrzymałość urządzenia wynosi do ok. 226 sekund dla odległości nawigacji i ok. 5 metrów przy zaledwie 1,2 ml etanolu. S-aquaboty mogą przesyłać w czasie rzeczywistym pobliski obraz lub wykrywać i wysyłać długoterminowe informacje o otaczającym środowisku.

Źródła

1. Yexi Zhou, Xiao Guan, Dazhe Zhao, Kaijun Zhang, YongAn Huang, Junwen Zhong, Bio-inspired and programmable Marangoni motor for highly maneuverable and adaptable S-aquabots, eScience, 2024,100335.

2. https://www.brown.edu/news/2019-12-19/cheerios

3. https://ifr.org/ifr-press-releases/news/record-of-4-million-robots-working-in-factories-worldwide

4. https://arxiv.org/abs/2411.16011

Fot. https://unsplash.com/photos/yellow-and-black-robot-toy-f1CFb_Ek-is

KOMENTARZE
Newsletter