Οποιοσδήποτε δύτης διάσωσης ή εργάτης γνωρίζει ότι μπορεί να είναι δύσκολο να πιάσετε ολισθηρά αντικείμενα σε υδάτινο περιβάλλον, ιδιαίτερα εάν
απαιτείται πιο λεπτό άγγιγμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επιστήμονες κοίταξαν το χταπόδι για έμπνευση όταν ανέπτυξαν ένα μυθιστόρημα "OctaGlove", ένα φορητό σύστημα για το κράτημα υποβρύχιων αντικειμένων που μιμείται τον βραχίονα ενός χταποδιού, σύμφωνα με μια πρόσφατη εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science Advances.Υπάρχουν αρκετά παραδείγματα στη φύση αποτελεσματικών τρόπων μανδάλωσης σε αντικείμενα σε υποβρύχια περιβάλλοντα, σύμφωνα με τους συγγραφείς. Τα μύδια, για παράδειγμα, εκκρίνουν συγκολλητικές πρωτεΐνες για να προσκολληθούν σε υγρές επιφάνειες, ενώ οι βάτραχοι έχουν μοναδικά δομημένα μαξιλαράκια δακτύλων που δημιουργούν τριχοειδείς και υδροδυναμικές δυνάμεις για πρόσφυση. Αλλά τα κεφαλόποδα όπως το χταπόδι έχουν ένα πρόσθετο πλεονέκτημα: Η πρόσφυση που παρέχεται από τις λαβές τους μπορεί να αντιστραφεί γρήγορα και εύκολα, έτσι ώστε τα πλάσματα να μπορούν να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες συνθήκες, προσκολλώνται σε υγρές και στεγνές επιφάνειες.
«Όταν κοιτάμε το χταπόδι, η κόλλα σίγουρα ξεχωρίζει, ενεργοποιώντας και απελευθερώνοντας γρήγορα την πρόσφυση κατά παραγγελία», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Michael Bartlett , μηχανολόγος μηχανικός στο Virginia Tech. «Αυτό που είναι εξίσου ενδιαφέρον, ωστόσο, είναι ότι το χταπόδι ελέγχει πάνω από 2.000 κορόιδα σε οκτώ βραχίονες επεξεργάζοντας πληροφορίες από διάφορους χημικούς και μηχανικούς αισθητήρες. Το χταπόδι πραγματικά συνδυάζει τη δυνατότητα ρύθμισης προσκόλλησης, την αίσθηση και τον έλεγχο για να χειριστεί υποβρύχια αντικείμενα.»
Από την άποψη της μηχανολογίας, το χταπόδι έχει ένα ενεργό σύστημα πρόσφυσης που καθοδηγείται από την πίεση. Το φαρδύ εξωτερικό χείλος του δημιουργεί μια σφράγιση με το αντικείμενο μέσω μιας διαφοράς πίεσης μεταξύ του θαλάμου και του περιβάλλοντος μέσου. Στη συνέχεια, οι μύες (που χρησιμεύουν ως ενεργοποιητές) συστέλλονται και χαλαρώνουν την περιοχή με κύπελλο πίσω από το χείλος για να προσθέσουν ή να απελευθερώσουν πίεση όπως χρειάζεται. Έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες μίμησης κεφαλόποδων κατά τον σχεδιασμό μαλακών ρομποτικών λαβών, για παράδειγμα. Ο Bartlett και οι συνεργάτες του ήθελαν να προχωρήσουν ένα βήμα παραπέρα και να αναδημιουργήσουν όχι μόνο την εναλλασσόμενη πρόσφυση αλλά και την ολοκληρωμένη αίσθηση και έλεγχο.
Το πρώτο βήμα ήταν η ανάπτυξη ενός βασικού συστήματος υποβρύχιας κόλλας εμπνευσμένο από το χταπόδι ως απόδειξη αρχής. Για την πρόσφυση, σχεδίασαν μίσχους σιλικόνης καλυμμένους με πνευματικά ελεγχόμενη μεμβράνη, μιμούμενοι τη δομή των κορόιδων χταποδιού. Αυτά τα συγκολλητικά στοιχεία στη συνέχεια ενσωματώθηκαν με μια σειρά οπτικών αισθητήρων εγγύτητας LIDAR και ένα μικροελεγκτή για την ανίχνευση αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο. Όταν οι αισθητήρες ανιχνεύουν ένα αντικείμενο, η πρόσφυση ενεργοποιείται, μιμούμενη το νευρικό και μυϊκό σύστημα του χταποδιού.
Το επόμενο βήμα ήταν να ενσωματωθεί το σύστημα σε ένα φορετό γάντι. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα γάντι φόρμας νεοπρενίου ως βάση, που ενσωματώνει τα αυτοκόλλητα στοιχεία (κομμένα σε ορθογώνια) και αισθητήρες σε κάθε δάχτυλο, με εύκαμπτους πνευματικούς σωλήνες που εισάγονται στη βάση των κολλητικών στοιχείων. Πολλαπλοί οπτικοί αισθητήρες συνδέθηκαν σε έναν μόνο μικροελεγκτή μέσω ενός αμφίδρομου πολυπλέκτη για να λειτουργήσει το πνευματικό σύστημα ως απόκριση στην ανάδραση του δικτύου αισθητήρων.
"Με τη συγχώνευση μαλακών, ανθεκτικών συγκολλητικών υλικών με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά, μπορούμε να πιάσουμε αντικείμενα χωρίς να χρειάζεται να πιέζουμε", είπε ο Bartlett . "Κάνει το χειρισμό υγρών ή υποβρύχιων αντικειμένων πολύ πιο εύκολο και πιο φυσικό. Τα ηλεκτρονικά μπορούν να ενεργοποιήσουν και να απελευθερώσουν την πρόσφυση γρήγορα. Απλώς μετακινήστε το χέρι σας προς ένα αντικείμενο και το γάντι κάνει τη δουλειά για να τα πιάσει. Όλα μπορούν να γίνουν χωρίς ο χρήστης να πατήσει ένα ένα μόνο κουμπί."
Οι συγγραφείς σημειώνουν ότι ενώ το σύστημα του OctaGlove χρησιμοποιεί οπτικούς αισθητήρες, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν και άλλες μέθοδοι ανίχνευσης, συμπεριλαμβανομένης της χημικής ή μηχανικής ανίχνευσης. «Αυτό θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον, καθώς είναι γνωστό ότι το χταπόδι εμφανίζει ένα διαφορετικό σύνολο όρασης, χημικής και μηχανικής αίσθησης κατά τη διάρκεια του χειρισμού», έγραψαν οι συγγραφείς. Θα ήθελαν επίσης να ενσωματώσουν απτική ανάδραση σε μελλοντικές επαναλήψεις του OctaGlove, έτσι ώστε οι χρήστες να μπορούν να προσαρμόσουν καλύτερα το σύστημα για τις υποβρύχιες ανάγκες τους.
"Το γάντι ήταν ένα φυσικό σημείο εκκίνησης για εμάς. Σκέφτηκα ότι θα ήταν ωραίο να έχεις στο χέρι σου ικανότητες σαν χταπόδι", είπε ο Bartlett στο New Scientist . «Αλλά θα μπορούσαμε επίσης να φτιάξουμε έναν [ρομπότ] βραχίονα που μοιάζει περισσότερο με πλοκάμι – θα μπορούσαμε στην πραγματικότητα να τον κάνουμε πολύ βιομιμητικό».
DOI: Science Advances, 2022. 10.1126/sciadv.abq1905 ( About DOIs ).
