Robot giun đất lấy cảm hứng từ sinh học mới để khám phá lòng đất trong tương lai
bởi Viện Công nghệ Ý
Rô-bốt mềm mới lấy cảm hứng từ đặc tính sinh học của giun đất có thể bò nhờ các cơ truyền động mềm kéo dài ra hoặc co lại khi không khí đi qua hoặc hút ra. Được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Ý ở Genoa Ý. Ảnh: IIT-stituto Italiano di Tecnologia
Các nhà nghiên cứu tại Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Viện Công nghệ Ý) ở Genoa đã nhận ra một robot mềm mới lấy cảm hứng từ đặc tính sinh học của giun đất, có thể bò nhờ các bộ truyền động mềm kéo dài hoặc co lại khi không khí đi qua chúng hoặc là thố lộ tâm tình.
Nguyên mẫu đã được mô tả trong Báo cáo khoa học và nó là điểm khởi đầu để phát triển các thiết bị phục vụ cho hoạt động thám hiểm dưới lòng đất, cũng như cho các hoạt động tìm kiếm và cứu nạn trong không gian hạn chế và khám phá các hành tinh khác.
Thiên nhiên đưa ra nhiều ví dụ về động vật, chẳng hạn như rắn, giun đất, ốc sên và sâu bướm, sử dụng cả tính linh hoạt của cơ thể và khả năng tạo ra sóng di chuyển vật lý dọc theo chiều dài cơ thể để di chuyển và khám phá các môi trường khác nhau. Một số chuyển động của chúng cũng tương tự như rễ cây.
Lấy cảm hứng từ thiên nhiên, đồng thời tiết lộ các hiện tượng sinh học mới trong khi phát triển các công nghệ mới là mục tiêu chính của phòng thí nghiệm rô-bốt BioInspired Soft do Barbara Mazzolai điều phối và rô-bốt giống giun đất này là phát minh mới nhất của nhóm cô.
Việc tạo ra rô-bốt giống giun đất được thực hiện thông qua sự hiểu biết thấu đáo và ứng dụng cơ học vận động của giun đất. Chúng sử dụng sự co bóp xen kẽ của các lớp cơ để tự đẩy mình ở cả bên dưới và bên trên bề mặt đất bằng cách tạo ra các sóng nhu động ngược. Các phân đoạn riêng lẻ của cơ thể chúng (metameres) có một lượng chất lỏng cụ thể kiểm soát áp suất bên trong để tác dụng lực và thực hiện các kiểu chuyển động độc lập, cục bộ và thay đổi.
Việc tạo ra rô-bốt giống giun đất được thực hiện thông qua sự hiểu biết thấu đáo và ứng dụng cơ học vận động của giun đất. Nguyên mẫu hiện tại dài 45 cm và nặng 605 gram. Được tạo bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Ý ở Genoa, Ý. Ảnh: IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
Các nhà nghiên cứu của IIT đã nghiên cứu hình thái học của giun đất và đã tìm ra cách bắt chước các chuyển động cơ bắp của chúng, các buồng coelomic có thể tích không đổi và chức năng của các sợi lông cứng (lông cứng) của chúng bằng cách tạo ra các giải pháp robot mềm.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một bộ truyền động mềm nhu động (PSA) thực hiện các chuyển động cơ đối kháng của giun đất; từ vị trí trung lập, nó dài ra khi không khí được bơm vào và nén lại khi không khí được hút ra khỏi nó. Toàn bộ cơ thể của robot giun đất được tạo thành từ năm mô-đun PSA nối tiếp, được kết nối với nhau bằng các liên kết. Nguyên mẫu hiện tại dài 45 cm và nặng 605 gram.
Mỗi bộ truyền động có một lớp da đàn hồi bao bọc một lượng chất lỏng xác định, do đó mô phỏng thể tích không đổi của chất lỏng coelomic bên trong giun đất. Đoạn giun đất trở nên ngắn hơn theo chiều dọc và rộng hơn theo chu vi và tác dụng lực hướng tâm như các cơ dọc của một buồng thể tích không đổi riêng lẻ co lại. Ngược lại, đoạn này trở nên dài hơn dọc theo trục trước-sau và mỏng hơn theo chu vi với sự co lại của các cơ quanh chu vi, dẫn đến lực xuyên dọc theo trục.
Mỗi bộ truyền động đơn lẻ thể hiện độ giãn dài tối đa 10,97mm ở 1 bar áp suất dương và độ nén tối đa 11,13mm ở 0,5 bar áp suất âm, duy nhất ở khả năng tạo ra cả lực dọc và hướng tâm trong một mô-đun bộ truyền động.
Để đẩy rô-bốt trên một bề mặt phẳng, các miếng đệm ma sát thụ động nhỏ lấy cảm hứng từ lông giun đất được gắn vào bề mặt bụng của rô-bốt. Robot đã thể hiện khả năng vận động được cải thiện với tốc độ 1,35mm/s.
Nghiên cứu này không chỉ đề xuất một phương pháp mới để phát triển rô-bốt mềm giống giun đất có nhu động mà còn cung cấp kiến thức sâu hơn về chuyển động từ góc độ cảm hứng sinh học trong các môi trường khác nhau. Các ứng dụng tiềm năng cho công nghệ này là rất lớn, bao gồm các hoạt động thăm dò, khai quật, tìm kiếm và cứu nạn trong môi trường dưới lòng đất và khám phá các hành tinh khác.
Robot mềm đào hang lấy cảm hứng từ sinh học này là một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực robot mềm và mở ra cơ hội cho những tiến bộ hơn nữa trong tương lai.
