Блог компании ua-hosting.company. Работа любого ученого сопряжена с желанием удовлетворить свое любопытство. Поиск ответов на вопросы о том, как что-то работает и как это повторить, является фундаментом фактически любого исследования. Несмотря на рационализм науки, она имеет много общего с творческой деятельностью. Будь то написание картины или лабораторные исследования, в обоих случаях есть нечто, что служит вдохновением этого процесса. Одним из самых обильных источников вдохновения как для художников, так и для ученых является природа.

Ученые из Бристольского университета (Великобритания) вдохновились хваткими конечностями осьминогов и разработали роботизированную присоску, способную захватывать объекты с неровной поверхностью и большим весом.

Из чего сделана присоска, как именно она работает, и где она может быть полезна? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

В процессе создания роботизированных манипуляторов (т. е. рук) необходимо учитывать то, с чем данный манипулятор будет взаимодействовать. Суть в том, что разные предметы обладают разной топологией поверхности. Жесткие манипуляторы могут обладать силой, необходимой для, к примеру, поднятия тяжелого предмета. Однако эта сила ничего не стоит, если манипулятор не может захватить предмет из-за его изогнутой или шероховатой поверхности. Тут на помощь приходят мягкие роботы и присоски.

В дикой природе существует множество организмов (осьминоги, рыбы из семейства прилипаловых, пиявки, брюхоногие моллюски и иглокожие) способных поддерживать превосходное адаптивное прилипание на сложных поверхностях, используя свои мягкие структуры тела. Принято считать, что высокоадаптивное присасывание присосок осьминогов является результатом ловких движений мускулатуры и мягкого эпителия, помогающего им приспосабливаться к неравномерному субстрату.

Осьминоги стали вдохновением многих разработок адаптивных присосок, особенно в отношении их механической конструкции и механической формы поверхности. Например, подобно движению мускулатуры присоски осьминога, в некоторых исследованиях используются камеры, приводимые в действие положительным давлением, для создания конформации и антагонистической силы на субстрате. Также были исследования, в которых использовались гранулированные материалы, собранные в эластичный мешок.

Проблема в том, что все эти исследования и разработки, несмотря на их успешность, все же обладают рядом ограничений, делающих их далекими от универсальности и адаптируемости к разным типам топологии поверхности. Например, сильно изогнутые или шероховатые поверхности.

Учитывая сложность механической конструкции для создания уплотнения на сложных поверхностях, многие исследователи пробовали использовать жидкость для заполнения зазора между манипулятором и поверхностью захватываемого объекта. То есть разработанные присоски использовались либо в подводной среде, либо смачивались водой перед непосредственным использованием. Этот метод хоть и рабочий, но абсолютно непрактичный. В природе этот процесс обусловлен более сложными механизмами, чем обыкновенное смачивание присосок.

Ученые отмечают, что слизистые железы или клетки часто обнаруживаются в краях присосок осьминогов, ремор, пиявок, брюхоногих моллюсков и иглокожих. Ранее было доказано, что слизь моллюсков выполняет функции защиты, хищничества и передвижения. Тем не менее биологи считают, что слизь на присосках, которая как минимум в пять раз более вязкая, чем вода, играет важную роль в усилении всасывания.

Таким образом, превосходную адаптивную всасывающую способность биологических присосок можно объяснить органическим сочетанием механического строения и регулируемого уплотнения слизи. По этой причине ученые выдвинули следующую гипотезу: организмы ловко деформируют свое мягкое тело для более плотного контакта с поверхностью объекта; затем они используют свои механорецепторы внутри присоски, чтобы воспринять ослабление всасывания и выделять необходимое количество слизи, чтобы сформировать эффективное уплотнение с поверхностью объекта. Этот механизм присасывания работает не только под водой, но и на суше. Следовательно, именно этот механизм и должен служить вдохновением для создания мягких роботизированных манипуляторов с присосками.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые детально изучили вышеупомянутый механизм присасывания, присущий осьминогам, а также разработали инженерный аналог.