స్పర్శను పసిగట్టగల మరియు ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాలను గ్రహించగల రోబోట్‌లు’ ఊహించని మెటీరియల్ దీన్ని వాస్తవంగా మార్చవచ్చు. ఎంపాస్ లాబొరేటరీ ఫర్ హై-పెర్ఫార్మెన్స్ సిరామిక్స్‌లో, పరిశోధకులు సిరామిక్ కణాల ఆధారంగా సాఫ్ట్ మరియు ఇంటెలిజెంట్ సెన్సార్ మెటీరియల్‌లను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు.
సిరామిక్ అనే పదం వినగానే చాలామందికి కాఫీ కప్పులు, బాత్రూమ్ టైల్స్ లేదా పూల కుండీలు గుర్తుకు వస్తాయి. ఫ్రాంక్ క్లెమెన్స్ అలా కాదు. ఎంపాస్ లాబొరేటరీ ఫర్ హై-పెర్ఫార్మెన్స్ సెరామిక్స్‌లోని రీసెర్చ్ గ్రూప్ లీడర్ కోసం, సిరామిక్స్ విద్యుత్‌ను నిర్వహించగలవు, తెలివిగా మరియు అనుభూతి చెందుతాయి. తన బృందంతో కలిసి, క్లెమెన్స్ సిరామిక్స్ ఆధారంగా సాఫ్ట్ సెన్సార్ మెటీరియల్‌లను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు. ఇటువంటి సెన్సార్లు ఉష్ణోగ్రత, ఒత్తిడి, పీడనం లేదా తేమను “అనుభూతి” చేయగలవు, ఉదాహరణకు, ఇది వాటిని వైద్యంలో ఉపయోగించడం కోసం ఆసక్తికరంగా చేస్తుంది, కానీ సాఫ్ట్ రోబోటిక్స్ రంగంలో కూడా.
సాఫ్ట్ సెరామిక్స్ – ఇది ఎలా పని చేస్తుంది’ క్లెమెన్స్ వంటి మెటీరియల్స్ శాస్త్రవేత్తలు సింటరింగ్ అని పిలువబడే అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రక్రియలో వదులుగా ఉండే కణాల సేకరణ నుండి ఉత్పత్తి చేయబడిన అకర్బన, లోహ రహిత పదార్థంగా సిరామిక్‌లను నిర్వచించారు. సిరమిక్స్ యొక్క కూర్పు మారవచ్చు – మరియు వాటి లక్షణాలు ఫలితంగా మారుతాయి. కానీ క్లెమెన్స్ ల్యాబ్‌లో మట్టి పాత్రలు, పింగాణీలు ఎక్కడా కనిపించవు. పరిశోధకులు పొటాషియం సోడియం నియోబేట్ మరియు జింక్ ఆక్సైడ్ వంటి పదార్థాలతో పాటు కార్బన్ కణాలతో కూడా పని చేస్తారు.
ఈ పదార్థాలు ఏవీ మృదువైనవి కావు. వాటిని ఫ్లెక్సిబుల్ సెన్సార్‌లుగా మార్చడానికి, పరిశోధకులు సాగదీయగల ప్లాస్టిక్‌లలో సిరామిక్ కణాలను పొందుపరిచారు. “మేము అత్యంత నిండిన వ్యవస్థలు అని పిలవబడే వాటితో పని చేస్తాము” అని క్లెమెన్స్ చెప్పారు. “మేము థర్మోప్లాస్టిక్‌తో తయారు చేసిన మాతృకను తీసుకుంటాము మరియు మాతృక యొక్క స్థితిస్థాపకతకు రాజీ పడకుండా వీలైనంత ఎక్కువ సిరామిక్ కణాలతో నింపుతాము.” ఈ అధికంగా నిండిన మాతృక అప్పుడు సాగదీయబడి, కుదించబడి లేదా ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గులకు గురైనట్లయితే, సిరామిక్ కణాల మధ్య దూరం మారుతుంది మరియు దానితో సెన్సార్ యొక్క విద్యుత్ వాహకత మారుతుంది. మొత్తం మ్యాట్రిక్స్‌ను సిరామిక్‌తో నింపాల్సిన అవసరం లేదు, క్లెమెన్స్‌ను నొక్కి చెబుతుంది: 3D ప్రింటింగ్‌ని ఉపయోగించి, పరిశోధకులు సిరామిక్ సెన్సార్‌లను ఒక రకమైన “నరాల”గా సౌకర్యవంతమైన భాగాలలో పొందుపరచవచ్చు.
మృదువైన సిరామిక్ సెన్సార్ల ఉత్పత్తి సామాన్యమైనది కాదు. సాధారణంగా, సాఫ్ట్ సెన్సార్లు ఉష్ణోగ్రత, ఒత్తిడి మరియు తేమ వంటి వివిధ పర్యావరణ ప్రభావాలకు ఒకే సమయంలో సున్నితంగా ఉంటాయి. “మీరు వాటిని ఆచరణలో ఉపయోగించాలనుకుంటే, మీరు ఏమి కొలుస్తున్నారో తెలుసుకోవాలి” అని క్లెమెన్స్ చెప్పారు. అతని పరిశోధనా బృందం మృదువైన సెన్సార్‌లను ఉత్పత్తి చేయడంలో విజయం సాధించింది, ఇవి ఒత్తిడికి లేదా ఉష్ణోగ్రతకు మాత్రమే చాలా ఎంపికగా ప్రతిస్పందిస్తాయి. పరిశోధకులు ఈ సెన్సార్‌లను ప్రొస్తెటిక్ చేతిలోకి చేర్చారు. ప్రొస్థెసిస్ దాని వేళ్ల వంపుని “గ్రహిస్తుంది” మరియు అది వేడి ఉపరితలాన్ని తాకినప్పుడు గమనిస్తుంది. ఇటువంటి “సున్నితత్వం” అనేది రోబోటిక్ గ్రిప్పింగ్ టూల్స్ మరియు మానవ ప్రొస్థెసెస్ రెండింటికీ ప్రయోజనం.
ఎంపా బృందం మృదువైన “రోబోట్ స్కిన్” అభివృద్ధితో ఒక అడుగు ముందుకు వేసింది. మానవ చర్మం మాదిరిగానే, బహుళ-లేయర్డ్ ప్లాస్టిక్ చర్మం టచ్ మరియు ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాలకు ప్రతిస్పందిస్తుంది. సంక్లిష్ట డేటాను మూల్యాంకనం చేయడానికి, పరిశోధకులు కేంబ్రిడ్జ్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన పరిశోధకులతో కలిసి AI నమూనాను అభివృద్ధి చేశారు మరియు సుమారు 4,500 కొలతల నుండి డేటాను ఉపయోగించి శిక్షణ ఇచ్చారు. మన చర్మం నుండి వచ్చే నరాల ప్రేరణలు మెదడులో మూల్యాంకనం చేయబడతాయి మరియు ఎక్స్‌ట్రాపోలేట్ చేయబడతాయి కాబట్టి ఇది మానవ అవగాహనను కూడా గుర్తు చేస్తుంది.
వారి ఇటీవలి ప్రాజెక్ట్‌లో, పరిశోధకులు సిరామిక్ సెన్సార్‌లను కృత్రిమ కండరాలతో కలపగలిగారు. ETH జ్యూరిచ్ మరియు టోక్యో విశ్వవిద్యాలయం నుండి పరిశోధకులతో కలిసి, వారు ఒక బయో-హైబ్రిడ్ రోబోట్‌ను అభివృద్ధి చేశారు, అది మృదువైన, జీవ అనుకూలత, కణజాలం-ఇంటిగ్రేటెడ్ పైజోరెసిస్టివ్ సెన్సార్ సహాయంతో దాని సంకోచ స్థితిని గుర్తిస్తుంది. ఈ పని అడ్వాన్స్‌డ్ ఇంటెలిజెంట్ సిస్టమ్స్ జర్నల్‌లో ప్రచురించబడింది.
మానవులు మరియు యంత్రాలు సురక్షితంగా మరియు సామరస్యపూర్వకంగా కలిసి పనిచేయడమే లక్ష్యం అని ఫ్రాంక్ క్లెమెన్స్ చెప్పారు. “నేటి రోబోటిక్ వ్యవస్థలు పెద్దవి, గజిబిజిగా మరియు చాలా బలంగా ఉన్నాయి. అవి మానవులకు ప్రమాదకరంగా ఉంటాయి” అని పరిశోధకుడు వివరించాడు. భవిష్యత్తులో మనం మన కార్యాలయాలను రోబోట్‌లతో ఎక్కువగా పంచుకోవాలంటే, అవి స్పర్శకు త్వరగా మరియు సున్నితంగా స్పందించాలి. “మీరు అనుకోకుండా మరొక వ్యక్తిని తాకినట్లయితే, మీరు స్వయంచాలకంగా దూరంగా లాగుతారు” అని క్లెమెన్స్ చెప్పారు. “మేము రోబోట్‌లకు అదే రిఫ్లెక్స్ ఇవ్వాలనుకుంటున్నాము.” పరిశోధకులు ఇప్పుడు రోబోటిక్ గ్రిప్పింగ్ సిస్టమ్స్ రంగంలో పారిశ్రామిక భాగస్వాముల కోసం చూస్తున్నారు. కానీ సాఫ్ట్ సెన్సార్లకు వైద్యంలో కూడా డిమాండ్ ఉంది – బృందం ఇటీవల ఇన్నోసూయిస్‌ను పూర్తి చేసింది
పని చాలా దూరంగా ఉంది: పరిశోధకులు తమ మృదువైన సిరామిక్ సెన్సార్‌లను మరింత సున్నితంగా మరియు తెలివిగా మార్చాలనుకుంటున్నారు. ఇది కొత్త సిరామిక్ పదార్థాలు మరియు మృదువైన పాలిమర్‌లను కలపడం మరియు వాటి సెన్సార్ లక్షణాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడం. విజయ రహస్యం ఈ రెండు భాగాల పరస్పర చర్యలో ఉంది.
