ربات چهاربعدی زیست‌ با الهام از ستاره دریایی ساخته شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ ، محققان موفق شدند با الهام از ستاره دریایی، ساختار شکل گیری چهاربعدی جدیدی ابداع کنند که انعطاف پذیر، اما در عین حال ثابت است؛ دستاوردی که می‌تواند آینده صنایع رباتیک، هوانوردی و دستگاه‌های پزشکی را متحول کند. مجریان این طرح از گروه کاری ساختار‌های زیستی و زیست تقلید دانشگاه علوم کاربردی برمن در آلمان می‌گویند ستاره‌های دریایی توانایی منحصربه‌فردی دارند و می‌توانند بدن خود را در هر نوع وضعیتی قرار دهند.

به گفته آنها کلید این توانایی در اسکلت پیچیده آنها که شبکه پیچیده‌ای از بافت‌های متنوع است، نهفته شده.

اکنون این پژوهشگران با استفاده از روش‌های تصویربرداری پیشرفته (سی تی اسکن اشعه ایکس)، مدل سازی محاسباتی (شبیه سازی‌های چند بدنه و اجزای محدود) و بررسی دقیق تصویر، نقش‌هایی را که بافت‌های بدن ستاره دریایی بازی می‌کنند و همچنین نحوه تعامل آنها را رمزگشایی کرده اند.

این دانش پژوهان می‌گویند: هدف ما کشف اسرار اسکلت پیچیده آنها و برگردان آن اصول به یک ماده جدید با ویژگی‌های خاص مشابه بود.

این فرآیند به آنها کمک کرد تا ساختار سه بعدی پیچیده اسکلت ستاره دریایی و فراساختار ظریف استخوانچه‌های کوچک را برای نخستین بار نشان دهند.

استخوانچه‌ها، ریزساختار‌های کربنات کلسیمی درون بدن ستاره‌های دریایی هستند که در شبکه‌ای توسط الیاف کلاژن به هم متصل شده و اسکلت درونی را تشکیل می‌دهند. این ساختار قوی، اما ساده به آنها اجازه می‌دهد تا انواع مختلفی از وضعیت‌های بدن را با حداقل مصرف انرژی حفظ کنند.

دانش پژوهان برای برگردان این طرح زیستی نوآورانه به یک ماده مهندسی جدید، یک توری ترموپلاستیک که استخوانچه‌ها و بافت کلاژن را تقلید می‌کرد و همچنین یک پوشش لاستیکی سیلیکونی را به طور سه بعدی چاپ کردند.

این ترکیب منحصربه‌فرد، به این ساختار الهام گرفته شده از ستاره‌های دریایی «ویژگی‌های خود قفل شوندگی، خمش مداوم، خود ترمیمی و حافظه شکل دهی» می‌دهد.

این بار محققان آلمانی در روشی برخلاف سازه‌های شکل گیری سنتی که با قطعات و اتصالات سفت ساخته می‌شوند، از طراحی ستاره‌های دریایی استفاده کردند تا ساختار آنها به طور هموار و پیوسته حتی در منحنی‌های پیچیده قابلیت خم شوندگی داشته باشد.

محققان حتی توانایی یک ستاره دریایی را برای خود ترمیمی بازتولید کردند. اگر این ساختار آسیب ببیند، با قرار دادن ماده در بالای دمای نقطه ذوب ترموپلاستیک، مواد جریان یافته و ذوب شده و آسیب دیدگی به طور موثر ترمیم می‌شود.

در نهایت، نمونه اولیه که شبیه دست است، می‌تواند بدون نیاز به موتور‌های خارجی، یک حرکت پیچیده باز و بسته شدن را انجام دهد. قابلیتی که به گفته سازندگانش گامی مهمی به سوی شکل گیری کم مصرف است.

این دانشمندان با استفاده از ستاره دریایی به عنوان نقطه آغاز و با در نظر گرفتن عنصر گرما، در حال تصور این فناوری برای استفاده در خودرو‌ها هستند: صندلی‌هایی که می‌توانند شکل خود را با بدن فرد تطبیق دهند.

حتی می‌تواند با به روز کردن ابزار‌های جراحی، ترومای پس از عمل را کاهش دهند. این ابزار‌های جدید می‌توانند به شکل کم تهاجمی تری وارد بدن شوند و سپس در منطقه مورد نظر جراحان باز شده و تغییر شکل بدهد. یک ابزار جراحی می‌تواند قطر خود را برای هدایت در رگ‌های خونی پیچیده تغییر دهد.

از دیگر کاربرد‌های این فناوری نوین می‌توان به پروتز، گچ گیری سنتی و اسپلینت‌هایی اشاره کرد که با گرما دوباره شکل می‌گیرند و در نتیجه قابل بازیافت هستند. خود قفل شدن، حفظ شکل و انعطاف پذیری نیز، آن را به خاطر قابلیت انقباض و انبساطش، برای حمل و نقل ایده آل می‌کند.

حتی می‌تواند ساختار فضاپیما و پناهگاه‌های اضطراری را با ویژگی‌های خود ترمیمی اش متحول کرده و به ظهور نسل بعدی ربات‌ها منجر شود.

به عنوان مثال، یک ربات امدادگر جستجو و نجات می‌تواند در فضا‌های تنگ خود را جمع کند تا به افراد به دام افتاده برسد، در حالی که یک بازوی رباتیک می‌تواند به آرامی اشیاء شکننده را بدون آسیب رساندن به دست بگیرد و دستکاری کند.

این دانش پژوهان قصد دارند در گام بعدی تحقیقات خود این ساختار شکل گیری الهام گرفته از ستاره‌های دریایی را برای استفاده روزانه، در دسترس و کاربردی کنند.

وسایل خانه‌ای را تصور کنید که می‌توانند با نیاز‌های شما سازگار شوند: مبلمانی که خود را برای فعالیت‌های مختلف پیکربندی می‌کند یا حتی اسباب بازی‌هایی که با تبدیل به اشکال مختلف برای بازی‌های بی پایان در دسترس کودکان قرار می‌گیرند. 

مجریان این طرح با اشاره به قابلیت‌های زیاد این ماده زیست الهام برای بهبود زندگی روزمره ما، آینده‌ای را تصور می‌کنند در آن اشیاء سازگار، خودترمیم و تغییر شکل دهنده، عادی، شخصی سازی شده و پایدار شده اند.

نتایج این پژوهش در «کنفرانس سالانه انجمن زیست شناسی تجربی» در پراگ ارائه شده است.