Hiçbir Kablo Veya Pil Gerektirmeyen Ve İnsan Gözlerinden Daha İyi Gören Yumuşak Robotik Göz İcat Edildi

Georgia Teknoloji Enstitüsü mühendisleri, yalnızca ışık kullanarak odaklanan yumuşak bir robotik göz geliştirdiler. Bu göz, herhangi bir kablo veya pil kullanmadan 0,00016 inç (0,04 milimetre) derinliğe kadar olan ayrıntıları çözebiliyor.

Cihaz, ışık değiştiğinde kendi kendine hareket eden yumuşak bir mercekten oluşuyor. Yumuşak robotlara dar, engebeli veya riskli yerlerde keskin görüş sağlamayı amaçlıyor.

Işıkla çalışan robotik göz

Ekip, ışığı enerji olarak toplayarak odaklanan PHySL adlı foto-tepkisel bir hidrojel yumuşak lens geliştirdiklerini bildiriyor. Isıyla şişen ve büzülen, yumuşak, su açısından zengin bir polimer ağ olan hidrojel, odaklanmayı sağlayan kas gibi davranıyor.

Işık, gömülü parçacıkları ısıtır ve bu ısı, jelin kontrollü bir şekilde büzülmesini sağlar. Bu etki , ışığı ısıya verimli bir şekilde dönüştüren karbon tabakaları olan grafen oksit tarafından güçlendirilir .

Robotik göz üzerindeki çalışmalar, Georgia Teknoloji Enstitüsü'nde (GIT) doktora araştırmacısı olan Corey Zheng tarafından yürütülmüştür. Araştırmaları, robotik için ışıkla çalışan yumuşak optikler üzerine yoğunlaşmaktadır.

Işık hem hareketi hem de odaklama gücünü tetiklediğinden, lens elektronik aksamlara bağlı değildir. Bu tasarım, paketi saha kullanımı için kompakt ve esnek tutar.

Yumuşak odaklı robotik göz

Şeffaf bir lensi çevreleyen bir jel halkası, küçük bir çerçeveye sabitlenmiştir. Jel, ışık altında sıkılaştığında lensi çeker ve görüntüyü netler.

Malzeme, ışığa duyarlı ve şekil veya özellik olarak yerleşik bir değişime sahip olduğundan foto-tepkiseldir. Bu, robotik göz merceğinin dönüştürücülere ihtiyaç duymadan doğrudan güneş ışığı, LED'ler veya lazerlerle çalıştırılabileceği anlamına gelir.

Aynı platform, ışığı şekillendirerek lensin bozulmaları düzeltip ışınları yönlendirebilmesini sağlayan dalga cephesi mühendisliğini de mümkün kılar. Bu işlemler, bir yazılım cihazı içindeki tüm optik işlevler olarak tanımlanır .

Jel aktüatör, küçük sıcaklık artışlarını güvenilir harekete dönüştürür. Lens yüzeyindeki kontrollü çekim, ışık azaldığında odak uzaklığını hızlı ve geri dönüşümlü olarak ayarlar.

İnsan gözünden daha iyi çözünürlük

Zheng, "Lensi gerçekten benzersiz şekillerde kontrol edebiliyoruz," dedi. Bu yorum, sistemin yumuşak yapısına rağmen alışılmadık hassasiyetini yansıtıyor.

Raporda, robotik göz bileşenlerinden alınan görüntülerde kene pençelerinde 0,04 milimetre (0,00016 inç) boşluk ve 0,005 milimetre (0,00020 inç) mantar filamentleri olduğu belirtiliyor. Ayrıca bir karıncanın bacağında 0,0089 milimetre (0,00035 inç) sakal olduğu da belirtiliyor.

Bu ölçümler, basit aydınlatma ile yüksek çözünürlüklü görüntülemeye işaret ediyor. Lens, laboratuvar mikroskobundaki sert cam optiklerin yerini aldı ve yine de ince desenler çıkardı.

Jel, görünür spektrumda tepki verdiğinden, sıradan beyaz ışık bile odağı etkinleştirebilir. Bu sayede kurulum basit kalırken, desenli ışınlarla hassas kontrol de mümkün olur.

Lamba veya güneş ışığı engellendiğinde odaklama işlemi durur. Işık düştüğünde jel tekrar şişer ve lens üzerindeki gerilimi serbest bırakır.

Kablosuz yumuşak görüş önemlidir

Sert sensör kablolarının olmaması, yumuşak makineler için daha az takılma noktası ve daha az hacim anlamına gelir. Çatlaklardan sıyrılan veya molozların üzerinden geçen robotlar, kolayca kırılmayan kompakt optiklerden faydalanır.

Bir incelemede özetlendiği gibi, bir görüntüyü oluşturan aynı ışık, bir merceğe güç verebilir ve mikroakışkan, kanal tabanlı valfleri deforme edebilir. Bu eşleştirme, ışığın çift görev yaptığı tamamen otonom kameralara işaret ediyor.

Jellerdeki grafen bazlı ısıtıcılar, yumuşak aktüatörlerde de iyi bilinmektedir. Daha önceki deneyler, ısıya duyarlı jellerdeki indirgenmiş grafen oksidin görünür ışık altında keskin bir şekilde bükülebildiğini göstermiştir; bu da sağlam optikler için faydalı bir ipucudur.

Işıkla çalışan bir robotik göz, nazik tutucular veya sürünen gövdelerle eşleştirilebilir. Uzun süreli kullanımda ciltle yumuşak temas gerektiren giyilebilir sistemleri yönlendirebilir.

Bilimin kattığı şey

PHySL, saf optik kontrol altında önemli bir odak ayarı sergiliyor. Aynı çalışma, motorlar yerine ışık desenleri kullanılarak optik yönlendirme ve sapma düzeltmeye doğru erken adımlar atıldığını bildiriyor.

Bu yetenekler, cihazların optik hataları anında düzeltmesine olanak tanıyabilir. Aynasız direksiyon kirişleri, parça sayısını düşük tutar ve güvenilirliği artırır.

Platform, yumuşak maddeden üretilmiş bir aktüatördür (enerjiyi harekete dönüştüren bir bileşen). Bu seçenek, ağırlığı azaltır ve tıbbi ortamlarda dokuyla güvenli temas sağlar.

Potansiyel kullanım alanları arasında adaptif endoskoplar, küçük alan mikroskopları ve yumuşak keşifler için görüş modülleri yer alıyor. Katı elektronik aksamlar olmadan kullanıcının ortamına tepki veren giyilebilir cihazlar da tasarıma uyuyor.

Robotik gözün geleceği ne olacak?

Araştırmacılar, birçok açma-kapama döngüsünde hızı, dayanıklılığı ve tekrarlanabilirliği değerlendiriyor. Işık desenleri, göreve bağlı olarak tepki süresi yerine kararlılığı tercih edecek şekilde geliştirilebilir.

Odaklama, valf kontrolüyle entegre edildiğinde, bir lens tam bir kamera kafasına dönüşebilir. Bu sayede, lens kendi kendine odaklamayı korurken, temizlik, kontrast maddeleri veya soğutma için sıvılar yönlendirilebilir.

Herhangi bir saha sisteminin toza ve ısıya karşı korumaya ihtiyacı vardır. Dikkatli paketleme, jelin aşınmaya karşı korunmasını sağlarken nefes almasını da sağlamalıdır.

Son tasarım, dış mekanlardaki gölgelenme ve parlamayı da dikkate almalıdır. Düşük güçlü lazerlerin geniş bant ışığı yönlendirdiği karma aydınlatma, hacim eklemeden kontrolü hassas bir şekilde koruyabilir.

Çalışma Science Robotics dergisinde yayınlandı.

Kaynak: www.earth.com/