Παρασκευή, 28 Ιουλίου 2017

Ρομπότ-«οριγκάμι». Self-folding origami structure with TSMA actuator

Τα καινοτόμα αναδιπλούμενα μικροσυστήματα δεν διαθέτουν μπαταρία, γεγονός που τους χαρίζει «ανύπαρκτη» σιλουέτα και τους επιτρέπει να διπλώνουν σαν χαρτί.

Η παραδοσιακή ιαπωνική τέχνη του οριγκάμι, όπου ένα απλό κομμάτι χαρτί λαμβάνει τρισδιάστατη δομή μέσω του ειδικού διπλώματός του, ενέπνευσε αμερικανούς επιστήμονες ρομποτικής από το Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ. Εφαρμόζοντας την εν λόγω τεχνική, οι ειδικοί κατάφεραν να δημιουργήσουν μια νέα γενιά ρομπότ, τα οποία υπερπηδούν τα εμπόδια των ευαίσθητων και περίπλοκων καλωδιώσεων και της ογκώδους μπαταρίας, τα οποία αναδιπλώνονται σαν... χαρτί!

Συγκεκριμένα, η ομάδα των ερευνητών του Ινστιτούτου Εμβιομηχανικής Wyss ανέπτυξε αναδιπλούμενα ρομπότ τα οποία λειτουργούν άνευ μπαταρίας, λαμβάνουν ενέργεια εξ αποστάσεως ασύρματα και είναι ικανά να πραγματοποιούν περίπλοκες επαναλαμβανόμενες κινήσεις χωρίς τεχνικούς περιορισμούς, μέσω ενός μαγνητικού πεδίου.

«Όπως ακριβώς συμβαίνει με τα οριγκάμι, έτσι και τα ρομπότ που σχεδιάσαμε βασίζονται στην απλότητα» εξηγεί ο δρ Γιε-Σουνγκ Κο, ένας εκ των συγγραφέων της μελέτης, ο οποίος ολοκλήρωσε το μεταδιδακτορικό του στο Wyss και πλέον είναι επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Ajou, στη Νότια Κορέα. «Το νέο μας σύστημα απαιτεί μόνο τα βασικά, παθητικά ηλεκτρονικά μέρη προκειμένου να παρέχει την απαραίτητη ενέργεια στο ρομπότ - η δομή του ρομπότ από μόνη της έχει σχεδιαστεί ώστε να του προσφέρει ό,τι ακριβώς χρειάζεται».

Ξεδιπλώνοντας το... ρομπότ

A shape memory alloy (SMA) coil spring actuator is fabricated by annealing an SMA wire wound on a rod. Four design parameters are needed for the winding: the wire diameter, the rod diameter, the pitch angle, and the number of active coils. These parameters determine the force and stroke produced by the actuator. The research goal is to establish an engineering design framework to select these parameters on the basis of a desired force and stoke.

Όπως εξηγούν οι επιστήμονες με δημοσίευσή τους στο επιστημονικό έντυπο «Science Robotics», το μυστικό των νέων ρομπότ-«οριγκάμι» κρύβεται σε ένα ειδικό κράμα με μνήμη σχήματος (shape-memory alloy - SMA), το οποίο τους επιτρέπει να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα όταν αγγίξουν μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Κάτι τέτοιο σημαίνει ότι όταν τα ρομπότ είναι επίπεδα, βρίσκονται στην «ξεχειλωμένη» τους κατάσταση. Η επαναφορά στην αρχική τους κατάσταση γίνεται με τη βοήθεια ηλεκτρικού φορτίου η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία στα κυκλώματα και στα πηνία τους. Όταν πάλι κρυώσουν, «ανοίγουν» και γίνονται και πάλι επίπεδα.

Κατά τους ειδικούς, η ενέργεια που δημιουργεί το ηλεκτρικό φορτίο και βοηθά τα ρομπότ να κινούνται, μεταφέρεται ασύρματα μέσω της ίδιας τεχνολογίας που χρησιμοποιούν οι ασύρματοι φορτιστές smartphones ή άλλων μικρών ηλεκτρονικών συσκευών. «Πέραν του ότι τα νέα ρομπότ μπορούν να πραγματοποιήσουν επαναλαμβανόμενες κινήσεις αναδίπλωσης, μας επιτρέπουν να έχουμε τον έλεγχο του πότε και πού θα συμβεί κάτι τέτοιο, γεγονός που σημαίνει ότι είναι ικανά για την εκτέλεση πιο περίπλοκων κινήσεων» αναφέρει ο ερευνητής Μουσταφά Μποϊβάτ.


Οι επιστήμονες θεωρούν ότι το καινοτόμο αναδιπλούμενο σύστημά τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε πάρα πολλούς τομείς. Όπως για παράδειγμα στην Ιατρική, όπου θα μπορούσε να αντικαταστήσει το άβολο ενδοσκόπιο. Ο ασθενής θα καταπίνει ένα μικροσκοπικό ρομπότ το οποίο στη συνέχεια θα αναδιπλώνεται και θα τον εξετάζει εκ των έσω.



Προερχόμαστε κατά το ήμισυ από άλλους Γαλαξίες. Milky Way’s origins are not what they seem

Νέα έρευνα αποδεικνύει ότι είμαστε κυριολεκτικά από άλλον Γαλαξία. Study reveals that half of matter around us likely comes from far-flung galaxies. Pair of nearby galaxies with possible intergalactic transfer: This image shows M81 (bottom right) and M82 (upper left), a pair of nearby galaxies where 'intergalactic transfer' may be happening. Gas ejected by supernova explosions in M82 can travel through space and eventually contribute to the growth of M81. Credit: Fred Herrmann, 2014, cs.astronomy.com/asy/m/galaxies/489483.aspx

Σχεδόν τα μισά δομικά συστατικά του ηλιακού μας συστήματος προέρχονται από άλλους γαλαξίες, σύμφωνα με επιστημονική έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

«Τα μισά από τα άτομα που συνθέτουν τους πλανήτες, τον Ήλιο και φυσικά όλους τους ανθρώπους, δεν σχηματίστηκαν στο δικό μας γαλαξία, αλλά σε άλλους γαλαξίες, έτη φωτός μακριά», εξηγεί ο Κλοντ-Αντρέ Φοσέρ-Γκιγκέρ του Weinberg College of Arts and Sciences.

Αρχικά, από τα 94 χημικά στοιχεία που απαντώνται στη φύση (τα υπόλοιπα 24 συνθέτονται in vitro), μόνο το υδρογόνο υπήρχε σε πληθώρα στο Σύμπαν. Τα υπόλοιπα 93 σχηματίστηκαν σε βάθος δισεκατομμυρίων ετών, στους πυρήνες των άστρων, με τη βοήθεια της πυρηνικής σύντηξης.

Στη συνέχεια, οι εκρήξεις των μεγαλύτερων άστρων [supernova] εμπλούτισαν τον διαστρικό χώρο με βαρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας, ο σίδηρος και το νάτριο, από τα οποία αποτελείται το σχετικά «νέο» ηλιακό μας σύστημα, ηλικίας μόλις 5 δισεκατομμυρίων ετών και όλα όσα το αποτελούν.

Όπως έδειξαν οι επιστήμονες, οι εκρήξεις των supernova είναι τόσο ισχυρές, που μπορούν να «σπρώξουν» τα βαρύτερα αυτά άτομα, από τον έναν Γαλαξία στον άλλο.

A Milky Way-like galaxy (Messier 101): A close-up view of the Messier 101 galaxy, which is a spiral galaxy similar to the Milky Way galaxy. The Messier 101 has a pancake-like shape that we view face-on. This perspective shows off the spiral structure that gives it the nickname the "Pinwheel Galaxy." Credit: NASA

«Ένα πολύ μεγάλο μέρος της πρώτης ύλης του Γαλαξία μας, είναι πιθανό να έφτασε ως εδώ από γειτονικούς γαλαξίες, πάνω σε ισχυρούς αστρικούς ανέμους (…) θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε τους εαυτούς μας διαγαλαξιακούς μετανάστες», σημειώνει ο αστροφυσικός Ντάνιελ Αλκάζαρ, του πανεπιστημίου Northwestern, στο Ιλινόι.

Προσομοίωση της ροής αερίων που σχηματίζουν έναν γαλαξία σαν τον δικό μας. This simulation shows the complex gas flows participating in the formation of a Milky Way-like galaxy, as seen in the FIRE simulations. Face-on (left) and edge-on (right) views are shown. Credit: Philip Hopkins, Caltech

Η νέα διεθνής έρευνα υποδεικνύει πως η διασπορά των στοιχείων γίνεται σε πολύ μεγαλύτερη ακτίνα από ότι αρχικά πιστευόταν. Τα αποτελέσματα της έρευνας βέβαια, αφορούν στο «ελάχιστο» 4,9% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος, μιας και το υπόλοιπο 95,1% αποτελείται από την περίφημη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, για τις οποίες δεν γνωρίζουμε σχεδόν τίποτα.

Η ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης και ενέργειας έγινε το 1933 από τον Ελβετό αστρονόμο Φριτς Ζουίκι, που υπολογίζοντας «βαρυτικά» τη μάζα ενός γαλαξιακού σμήνους στον αστερισμό της Κόμης της Βερενίκης,διαπίστωσε πως ήταν 400 φορές μεγαλύτερη, από την εκτιμώμενη μάζα βάσει της λαμπρότητας των γαλαξιών.

Πηγές: The Cosmic Baryon Cycle and Galaxy Mass Assembly in the FIRE Simulations arXiv:1610.08523 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/1610.08523 - news.northwestern.edu - physicsgg