شاهین آقامعلی
روبات‌های نرم در هوش مصنوعی (Soft Robots) یکی از شاخه‌های نوظهور علم رباتیک هستند که از مواد انعطاف‌پذیر و قابل تغییر شکل ساخته شده‌اند. برخلاف روبات‌های سنتی که از مواد سخت مانند فلز و پلاستیک‌های سخت ساخته می‌شوند، روبات‌های نرم با الهام از طبیعت و بیومکانیک موجودات زنده طراحی شده‌اند. این فناوری نوآورانه قابلیت‌های جدیدی در زمینه‌های مختلف، از پزشکی گرفته تا صنایع تولیدی و حتی کاوش‌های فضایی، ارائه می‌دهد. در ادامه با آرتیجنس همراه باشید.
تعریف و ویژگی‌های روبات‌های نرم
روبات‌های نرم به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند شکل خود را تغییر دهند، فشرده شوند، کش بیایند و در محیط‌های غیرقابل دسترس فعالیت کنند. این روبات‌ها معمولاً از مواد سیلیکونی، الاستومرها، هیدروژل‌ها و سایر مواد انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند. ویژگی‌های اصلی این روبات‌ها عبارتند از:
• انعطاف‌پذیری بالا و توانایی تغییر شکل
• ایمنی بیشتر در تعامل با انسان
• توانایی حرکت در محیط‌های پیچیده و غیرقابل پیش‌بینی
• کاهش نیاز به محرک‌های مکانیکی سخت مانند موتورهای چرخ‌دنده‌ای
اصول طراحی و ساخت روبات‌های نرم
طراحی روبات‌های نرم به شدت از زیست‌شناسی الهام گرفته است، مانند خود ربات های زیستی. به‌عنوان مثال، اختاپوس‌ها، کرم‌ها و برخی از حشرات می‌توانند به طور طبیعی بدن خود را فشرده یا کش دهند. این ویژگی‌ها در ساخت روبات‌های نرم استفاده شده است. برخی از فناوری‌های کلیدی در طراحی این روبات‌ها عبارتند از:
• مواد هوشمند: استفاده از موادی که می‌توانند در پاسخ به محرک‌های مختلف مانند گرما، نور یا میدان‌های مغناطیسی تغییر شکل دهند.
• محرک‌های نرم: به جای استفاده از موتورهای سنتی، این روبات‌ها از محرک‌هایی مانند پنوماتیک (هوای فشرده)، محرک‌های الکتروشیمیایی و ماهیچه‌های مصنوعی برای حرکت استفاده می‌کنند.
• حسگرهای منعطف: برای کنترل حرکات و تعامل با محیط، روبات‌های نرم نیاز به حسگرهایی دارند که بتوانند تغییر شکل دهند و به طور انعطاف‌پذیر کار کنند.
کاربردهای روبات‌های نرم
روبات‌های نرم در حوزه‌های مختلفی کاربرد دارند و پتانسیل ایجاد تحول در بسیاری از صنایع را دارند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این روبات‌ها شامل موارد زیر است:
۱. پزشکی و جراحی
روبات‌های نرم در جراحی‌های کم‌تهاجمی نقش مهمی ایفا می‌کنند. آن‌ها می‌توانند بدون آسیب رساندن به بافت‌های حساس بدن، به داخل بدن نفوذ کرده و عملیات جراحی را انجام دهند. همچنین در توانبخشی، این روبات‌ها می‌توانند به عنوان پروتزهای انعطاف‌پذیر و اسکلت‌های بیرونی (Exoskeletons) برای کمک به افراد ناتوان استفاده شوند.
۲. کاوش‌های فضایی
در محیط‌های فضایی که شرایط سخت و غیرقابل پیش‌بینی وجود دارد، روبات‌های نرم می‌توانند با انعطاف‌پذیری بالا خود را با محیط سازگار کرده و به کاوش در مناطق غیرقابل دسترس کمک کنند.
۳. روبات‌های امداد و نجات
در شرایط بحرانی مانند زلزله یا آتش‌سوزی، روبات‌های نرم می‌توانند به شکاف‌های کوچک نفوذ کرده و به نجات افراد گیر افتاده کمک کنند. آن‌ها می‌توانند از میان موانع عبور کرده و با دقت بیشتری عملیات جستجو و نجات را انجام دهند.
۴. صنایع تولیدی و مونتاژ
روبات‌های نرم در کارخانه‌های تولیدی برای جابه‌جایی و مونتاژ قطعات حساس به کار می‌روند. انعطاف‌پذیری این روبات‌ها از آسیب رساندن به قطعات جلوگیری کرده و موجب افزایش دقت در فرایندهای تولیدی می‌شود.
۵. کشاورزی و محیط زیست
روبات‌های نرم می‌توانند برای برداشت محصولات کشاورزی حساس مانند توت‌فرنگی و گوجه‌فرنگی مورد استفاده قرار گیرند. آن‌ها بدون آسیب رساندن به محصولات، فرایند برداشت را انجام می‌دهند. همچنین، این روبات‌ها می‌توانند برای نظارت بر وضعیت خاک و گیاهان نیز به کار گرفته شوند.
چالش‌ها و محدودیت‌های روبات‌های نرم
با وجود مزایای فراوان، روبات‌های نرم با چالش‌هایی نیز روبرو هستند:
• کنترل پیچیده: به دلیل ماهیت انعطاف‌پذیر، کنترل حرکات این روبات‌ها دشوارتر از روبات‌های سخت است.
• دوام و استحکام: مواد نرم ممکن است در برابر سایش و ضربه مقاومت کمتری داشته باشند.
• منابع انرژی: بسیاری از این روبات‌ها به باتری‌ها یا منبع انرژی خارجی نیاز دارند که می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
• هزینه تولید: برخی از مواد پیشرفته مورد استفاده در روبات‌های نرم ممکن است هزینه‌بر باشند.
آینده روبات‌های نرم
با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود که روبات‌های نرم به طور گسترده‌تری در صنایع مختلف به کار گرفته شوند. ترکیب این فناوری با هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و اینترنت اشیا (IoT) می‌تواند قابلیت‌های این روبات‌ها را افزایش داده و کاربردهای جدیدی ایجاد کند. همچنین، تحقیقات در زمینه مواد هوشمند و باتری‌های انعطاف‌پذیر می‌تواند به بهبود عملکرد و افزایش کارایی این روبات‌ها منجر شود. در آینده، روبات‌های نرم می‌توانند با توسعه سیستم‌های کنترل هوشمند، انعطاف‌پذیری بیشتری در انجام وظایف پیچیده داشته باشند. به عنوان مثال، استفاده از الگوریتم‌های یادگیری عمیق می‌تواند به این روبات‌ها کمک کند تا خود را با شرایط مختلف محیطی تطبیق دهند. علاوه بر این، استفاده از مواد زیستی و قابل تجزیه در ساخت این روبات‌ها می‌تواند به کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کند.
در حوزه پزشکی،روبات‌های نرممی‌توانند درون بدن انسان بدون نیاز به جراحی‌های پرخطر حرکت کرده و درمان‌های هدفمندتری ارائه دهند. در صنایع خودروسازی و حمل‌ونقل، این روبات‌ها می‌توانند به عنوان دستیارهای هوشمند در خطوط تولید یا حتی در طراحی وسایل نقلیه انعطاف‌پذیرتر به کار گرفته شوند. در مجموع، با ادامه تحقیقات و توسعه فناوری‌های جدید، روبات‌های نرم می‌توانند مرزهای کنونی علم رباتیک را جابجا کرده و به بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی آینده انسان تبدیل شوند.
نتیجه‌گیری
روبات‌های نرم یکی از هیجان‌انگیزترین حوزه‌های علم رباتیک هستند که قابلیت‌های جدیدی را برای تعامل با محیط و انجام وظایف پیچیده فراهم کرده‌اند. از پزشکی و فضانوردی گرفته تا امداد و نجات و صنایع تولیدی، این روبات‌ها می‌توانند تأثیرات مثبتی بر زندگی انسان داشته باشند. هرچند که چالش‌هایی مانند کنترل پیچیده و منابع انرژی هنوز به‌عنوان موانعی در مسیر توسعه این فناوری وجود دارند، اما آینده‌ای روشن برای روبات‌های نرم در پیش است و انتظار می‌رود که در سال‌های آینده تحولات شگرفی در این حوزه رخ دهد.
منبع مقاله:
پاسخ :