Weiche Roboter, es ist an der Zeit, Ihre langsamen, spröden Augen gegen schnelle, matschige zu tauschen

Analoge Kameras sind bei weitem nicht so effizient wie biologische Augen. Wenn Sie schon einmal mit einer Spiegelreflexkamera (SLR) gearbeitet haben, insbesondere wenn diese mit einem Zoomobjektiv ausgestattet war, wissen Sie, wie schwer sie ist und wie schwierig und zeitaufwändig die Fokussierung sein kann.

Obwohl digitale Spiegelreflexkameras schneller sind, können sie den Fokus dennoch nicht so subtil und automatisch wechseln, wie es Ihre eigenen Augen tausende Male pro Stunde tun. Kameraobjektive sind solide und sperrig und müssen im Gegensatz zu Ihren Augen nach vorne und hinten bewegt werden, um scharf zu stellen.

Aber wir danken der Natur dafür, dass sie uns weiche, kleine, weiche Augen schenkt, die sofort von der Konzentration auf die vor uns glitzernden Spinnennetze auf die Sonne umschalten können, die herrlich am Horizont scheint. Aber während das alles schön und gut für uns Menschen ist, Würde bitte jemand an die Roboter denken?

Unabhängig davon, ob es ihnen darum ging, die Sehqualität für WALL-E oder R2D2 zu verbessern, haben Corey Zheng und Shu Jia von Georgia Tech dennoch eine Lösung für sie entwickelt: eine fotoresponsive Hydrogel-Weichlinse oder PHySL, die sie in ihrem Bericht beschreiben Wissenschaftsrobotik Artikel „Bioinspirierte photoresponsive weiche Roboterlinse.“

Inspiriert von den Ziliarmuskeln im menschlichen Auge, ersetzt das PHySL sperrige, zerbrechliche Linsen und Zahnräder durch weiche Hydrogel-Polymere (auf Wasserbasis), die die Arbeit von Fleischmuskeln übernehmen können. Es passt sich der benötigten Brennweite auf die gleiche Weise an wie unsere Augen – nicht durch Teleskopieren nach innen und außen, sondern durch Zusammendrücken und Strecken.

Bemerkenswerterweise benötigt der PHySL kein elektronisches Signal zur Einstellung, sondern reagiert auf das Licht selbst und ermöglicht so eine Feinsteuerung durch die Beleuchtung seiner verschiedenen Abschnitte – oder wie Zheng und Jia schreiben: Durch „die Nutzung eines dynamischen Hydrogel-Aktuators, der sich autonom optische Energie zunutze macht“, ermöglicht der PHySL „eine erhebliche Fokusabstimmung durch rein optische Steuerung“. Durch den Verzicht auf die alten starren Materialien bietet das neue System Flexibilität, Haltbarkeit und mehr Sicherheit, insbesondere wenn es jemals mit einem Lebewesen in Berührung kommt.

Aber zurück zu diesen armen kleinen Robotern. Während die metallischen Bots und Droiden von Pixar und Star Wars Während viele Menschen mit Glas- und Polymeraugen gut zurechtkommen, gibt es eine neue Generation autonomer Maschinen, sogenannte Softroboter, und neben einer Reihe biomedizinischer Werkzeuge müssen einige von ihnen in der Natur oder im Inneren von Lebewesen auf eine Weise funktionieren, die keinen Schaden anrichtet.

Aufgrund ihres biomimetischen Designs sind PHySLs weich, stromsparend und autonom, ideal für chirurgische Eingriffe Endoskope sowie Greifer im Inspector-Gadget-Stil zum Bewegen empfindlicher Objekte. Und aufgrund ihrer Biegsamkeit können weiche Roboter in Umgebungen navigieren, die sonst starre Roboter blockieren, beschädigen oder zerstören würden.

Solche Designmerkmale mit fleischig-weichen Materialien eignen sich auch ideal für tragbare Technologien wie hautähnliche Sensoren und interne Geräte wie mit Hydrogel beschichtete Implantate, da sie sich bewegen und dehnen können, ohne ihre Umgebung zu zersplittern oder zu zerschneiden.

Während Greifer und Antriebe (Aktuatoren) seit langem weiche, intelligente Materialien umfassen, hatten Designer nicht so viel Erfolg damit, sie in optische Systeme zu integrieren, da herkömmliche weiche Linsen oft flüssigkeitsgefüllte Taschen oder Aktoren erforderten, die ohne Elektronik nicht funktionieren könnten. Das Hinzufügen dieser Elemente erhöht auch die Komplexität, birgt das Risiko einer Beschädigung empfindlicher Umgebungen und erfordert eine umständliche Anbindung. Aber durch die Lichtaktivierung macht PHySL die Notwendigkeit von Elektronik und den damit verbundenen Aufwand überflüssig.

Aufbauend auf ihrem aktuellen Erfolg planen Zheng und Jia, das PHySL weiter zu verbessern, indem sie die neuesten Fortschritte bei Hydrogelen einsetzen, die schneller und mit stärkeren Kontraktionen auf Licht reagieren, und erforschen, wie sich diese Entwicklungen in Kameras anwenden lassen. Sie haben sogar einen Prototyp einer elektronikfreien Kamera entwickelt, der die PHySL mit einem speziell entwickelten, lichtaktivierten Mikrofluidik-Chip integriert, den sie in weichen Robotern für elektronikfreies Sehen einsetzen wollen.

Wenn ihr System funktioniert, können sich die schwammigen Nachkommen von WALL-E und R2D2 auf Abenteuer unter Wasser freuen – oder in ihren Miniaturversionen á la Fantastische Reise, Abenteuer im eigenen Körper.

Quelle: Georgia Tech