ถุงมือใต้น้ำทำให้ความสามารถของปลาหมึกอยู่ในมือของมนุษย์

ทีมนักวิจัยที่นำโดยMichael Bartlett ผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเท คได้พัฒนาถุงมือที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกยักษ์ที่สามารถจับวัตถุใต้น้ำได้อย่างปลอดภัย งานวิจัยของพวกเขาได้รับเลือกให้ขึ้นปกScience Advancesใน วันที่ 13 กรกฎาคม มนุษย์ไม่พร้อมที่จะเติบโตในสภาพแวดล้อมใต้น้ำ เราใช้เสื้อกล้ามเพื่อหายใจ ชุดนีโอพรีนเพื่อปกป้องและทำให้ร่างกายอบอุ่น และสวมแว่นตาเพื่อให้มองเห็นได้ชัดเจน ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ มือมนุษย์ยังขาดความพร้อมในการจับสิ่งของต่างๆ ใครก็ตามที่พยายามจับปลาที่ดิ้นทุรนทุรายจะเป็นพยานว่าวัตถุใต้น้ำจับยากด้วยนิ้วที่อาศัยอยู่บนบกของเรา

Bartlett กล่าวว่า “มีช่วงเวลาวิกฤติเมื่อสิ่งนี้กลายเป็นความรับผิดชอบ” 

“ธรรมชาติมีวิธีแก้ไขที่ยอดเยี่ยมอยู่แล้ว ดังนั้นทีมของเราจึงมองหาแนวคิดจากโลกธรรมชาติ ปลาหมึกกลายเป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับแรงบันดาลใจ” นักดำน้ำกู้ภัย นักโบราณคดีใต้น้ำ วิศวกรสะพาน และทีมเก็บกู้ ต่างใช้มือดึงคนและสิ่งของออกจากน้ำ มือของมนุษย์ที่มีความสามารถในการจับสิ่งของที่ลื่นน้อยกว่าต้องใช้แรงมากขึ้น และบางครั้งด้ามจับเหล็กอาจทำให้การทำงานเหล่านั้นลดลงได้ เมื่อต้องการสัมผัสที่ละเอียดอ่อน การเตรียมมือสำหรับน้ำจะเป็นประโยชน์

นี่คือส่วนต่อท้ายที่ Bartlett และเพื่อนนักวิจัยพยายามสร้างขึ้น ทีมงานของเขาในห้องปฏิบัติการ Soft Materials and Structuresได้ดัดแปลงสารละลายชีวภาพให้เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ทำจากวัสดุอ่อนและวิทยาการหุ่นยนต์ ปลาหมึกเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีเอกลักษณ์มากที่สุดในโลกมีแขนยาวแปดแขนที่สามารถจับสิ่งของมากมายในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ในการผสานรวมเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงและความชาญฉลาด แขนเหล่านี้ถูกหุ้มด้วยหน่อที่ควบคุมโดยระบบกล้ามเนื้อและประสาทของสัตว์ทะเล

ตัวดูดแต่ละอันมีรูปร่างเหมือนปลายลูกสูบ ก่อให้เกิดความสามารถในการฉกอันทรงพลัง หลังจากที่ขอบด้านนอกที่กว้างของตัวดูดทำการผนึกกับวัตถุแล้ว กล้ามเนื้อจะหดตัวและคลายบริเวณที่ปิดด้านหลังขอบเพื่อเพิ่มและคลายแรงกด เมื่อตัวดูดหลายตัวทำงาน มันจะสร้างพันธะกาวที่เหนียวแน่นซึ่งยากจะหลุดออกไป

Bartlett กล่าวว่า “เมื่อเรามองไปที่ปลาหมึกยักษ์ 

กาวจะโดดเด่นเป็นพิเศษ เปิดใช้งานและคลายการยึดเกาะได้อย่างรวดเร็วตามต้องการ” Bartlett กล่าว “สิ่งที่น่าสนใจพอๆ กันก็คือปลาหมึกยักษ์ควบคุมตัวดูดมากกว่า 2,000 ตัวในแขนทั้งแปดโดยประมวลผลข้อมูลจากเซ็นเซอร์ทางเคมีและเชิงกลที่หลากหลาย ปลาหมึกกำลังรวบรวมความสามารถในการยึดเกาะ การตรวจจับ และการควบคุมเพื่อจัดการกับวัตถุใต้น้ำ”

ในการออกแบบถุงมือ นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่การจินตนาการถึงตัวดูดใหม่: เป็นไปตามมาตรฐาน ก้านยางที่หุ้มด้วยเยื่อนุ่มที่สั่งงานได้ การออกแบบนี้สร้างขึ้นเพื่อทำหน้าที่เดียวกันกับการดูดของปลาหมึกยักษ์ โดยเปิดใช้งานการยึดที่เชื่อถือได้กับวัตถุด้วยแรงกดเบา เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดบนพื้นผิวเรียบและโค้ง หลังจากพัฒนากลไกการยึดเกาะแล้ว พวกเขายังต้องการวิธีให้ถุงมือรับรู้วัตถุและกระตุ้นการยึดเกาะ สำหรับสิ่งนี้ พวกเขานำผู้ช่วยศาสตราจารย์ Eric Markvicka จาก University of Nebraska-Lincoln เข้ามา ซึ่งได้เพิ่มอาร์เรย์ของเซนเซอร์จับระยะใกล้แบบออพติคัล micro-LIDAR ที่ตรวจจับว่าวัตถุอยู่ใกล้แค่ไหน จากนั้นตัวดูดและ LIDAR จะถูกเชื่อมต่อผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อจับคู่การตรวจจับวัตถุกับการทำงานของตัวดูด ซึ่งเป็นการเลียนแบบระบบประสาทและกล้ามเนื้อของปลาหมึกยักษ์

การใช้เซ็นเซอร์เพื่อจับตัวดูดยังทำให้ระบบปรับเปลี่ยนได้ ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ปลาหมึกจะควักแขนไปรอบ ๆ ซอกหินและพื้นผิว ติดกับเปลือกเรียบและเพรียงขรุขระ ทีมวิจัยยังต้องการสิ่งที่ให้ความรู้สึกเป็นธรรมชาติสำหรับมนุษย์และช่วยให้พวกเขาหยิบสิ่งของต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย โดยปรับให้มีรูปร่างและขนาดต่างๆ กันตามที่ปลาหมึกยักษ์ต้องการ วิธีแก้ปัญหาของพวกเขาคือถุงมือที่มีตัวดูดสังเคราะห์และเซ็นเซอร์ที่ประกอบเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา ระบบที่สวมใส่ได้กลมกลืนกันซึ่งจับรูปทรงต่างๆ ใต้น้ำได้มากมาย พวกเขาเรียกมันว่า Octa-glove

“ด้วยการผสานวัสดุกาวที่อ่อนนุ่มและตอบสนองเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบฝัง ทำให้เราสามารถจับวัตถุได้โดยไม่ต้องบีบ” บาร์ตเลตต์กล่าว “มันทำให้การจัดการวัตถุที่เปียกหรือใต้น้ำง่ายขึ้นและเป็นธรรมชาติมากขึ้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถเปิดใช้งานและคลายการยึดเกาะได้อย่างรวดเร็ว เพียงเลื่อนมือของคุณไปยังวัตถุ ถุงมือจะทำงานเพื่อหยิบจับ ทั้งหมดนี้สามารถทำได้โดยที่ผู้ใช้ไม่ต้องกดปุ่มแม้แต่ปุ่มเดียว”    

ในการทดสอบ นักวิจัยได้ลองใช้โหมดการจับยึดที่แตกต่างกันเล็กน้อย ในการจัดการกับวัตถุที่บอบบางและน้ำหนักเบา พวกเขาใช้เซ็นเซอร์ตัวเดียว พวกเขาพบว่าสามารถหยิบและปล่อยวัตถุทรงแบน ของเล่นโลหะ กระบอก ช้อนส่วนโค้งสองเท่า และลูกบอลไฮโดรเจลที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษได้อย่างรวดเร็ว ด้วยการกำหนดค่าเครือข่ายเซ็นเซอร์ใหม่เพื่อใช้เซ็นเซอร์ทั้งหมดสำหรับการตรวจจับวัตถุ พวกเขายังสามารถจับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น จาน กล่อง และชาม วัตถุทรงแบน ทรงกระบอก นูน และทรงกลมที่ประกอบด้วยวัสดุแข็งและอ่อนถูกติดและยก แม้ว่าผู้ใช้จะไม่ได้จับวัตถุโดยการเอามือปิด 

“ความสามารถเหล่านี้เลียนแบบการจัดการ การตรวจจับ และการควบคุมขั้นสูงของปลาหมึก และเป็นแพลตฟอร์มสำหรับหนังกาวสังเคราะห์ใต้น้ำที่สามารถจัดการกับวัตถุใต้น้ำที่หลากหลายได้อย่างน่าเชื่อถือ” Ravi Tutika นักวิจัยหลังปริญญาเอกกล่าว “นี่เป็นขั้นตอนในทิศทางที่ถูกต้องอย่างแน่นอน แต่ยังมีอีกมากที่เราจะได้เรียนรู้ทั้งเกี่ยวกับปลาหมึกยักษ์และวิธีทำกาวในตัว ก่อนที่เราจะเข้าถึงความสามารถในการยึดจับตามธรรมชาติอย่างเต็มที่”

เมื่อมองไปข้างหน้า นักวิจัยมองเห็นว่าถุงมือจะมีบทบาทในด้านวิทยาการหุ่นยนต์แบบอ่อนสำหรับการจับใต้น้ำ การใช้งานในเทคโนโลยีช่วยเหลือผู้ใช้และการดูแลสุขภาพ และในการผลิตสำหรับการประกอบและการจัดการวัตถุที่เปียก

งานนี้ดำเนินการร่วมกับ Sean Frey, ABM Tahidul Haque, Elizabeth Krotz, Cole Haverkamp และ Chanhong Lee ซึ่งเป็นตัวแทนของ Virginia Tech, Iowa State University และ University of Nebraska-Lincoln การวิจัยได้รับการสนับสนุนโดย National Science Foundation ผ่านโครงการ Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future

credit: sharedknowledgesystems.com mitoyotaprius.net sefriends.net coachsfactorysoutletonline.net psychoanalysisdownunder.com coachfactoryoutletonlinestorez.net cheapshirtscustom.net marchcommunity.net gstools.org sougisya.net