ترمیم بدن از داخل با ربات‌های لرزشی!

دانشمندان موسسه فناوری جورجیا توانسته‌اند ربات‌های کوچکی بسازند که برای حرکت نیاز به باتری ندارند و می‌توانند وارد بدن شوند و آن را ترمیم کنند.

به گزارش انگجت، چالش‌های زیادی برای توسعه ربات‌هایی که بتوانند در بدن انسان کار کنند، وجود دارد و مهم‌ترین آنها فراهم کردن یک منبع قدرت برای حرکت و فعالیت این ربات‌ها است، چرا که نمی‌توان یک باتری بزرگ بر روی آنها چسباند.

اما با توجه به کار جدید محققان موسسه جورجیا این معضل برطرف شده است. آنها ربات‌های کوچکی موسوم به “بریستل-باتس” ساخته‌اند که با گرفتن لرزش از منابع مختلف از جمله امواج فراصوت (سونوگرافی) یا حتی یک بلندگو حرکت می‌کنند.

ترفند ساخت این ربات‌ها به کار بردن یک فعال کننده پیزوالکتریک (استفاده کننده از اثر فشار برقی) کوچک در یک بدنه پلیمری چاپ سه‌بعدی شده است. پایه‌های این ربات‌ها طوری زاویه دارد که به حرکت آنها در جهت‌های خاص در واکنش به ارتعاشات کمک می‌کند.

ربات‌ها فقط دو میلی‌متر طول و فقط پنج میلی‌گرم وزن دارند و می‌توانند با سرعت نسبتاً سریع هشت میلی‌متر در هر ثانیه حرکت کنند.

این ربات‌ها انعطاف پذیر هستند و موتور آنها از زیرکونات سرب ساخته شده است که می‌تواند ولتاژ را برای به حرکت درآوردن ربات به ارتعاش تبدیل کند یا بالعکس، اگر ربات به تامین نیروی حسگرها نیاز داشته باشد، این موتور می‌تواند ارتعاش را به برق تبدیل کند.

طراحی موجود محققان موسسه جورجیا در قالب فعلی آن خیلی مفید نخواهد بود. این ربات فعلاً فقط می‌تواند در یک جهت حرکت کند و هنوز امکان حمل چیزی را ندارد.

مسئله حرکت می‌تواند با ترکیب ربات‌ها با یکدیگر برای پاسخگویی به فرکانس‌های مختلف حل شود و سازندگان امیدوارند ربات‌هایی را توسعه دهند که بتوانند پرش یا شنا کنند.

با این وجود اگر این فناوری همچنان پیشرفت کند، به زودی می‌توان شاهد ربات‌هایی بود که می‌توانند مشکلات سلامتی را از داخل بدن حل کنند یا به انجام امور ساده‌تر مثل نظارت بر شرایط محیطی یا انتقال اجسام کوچک بپردازند.

یکی از ویژگی‌های غیرمعمولی که برخی سرامیک‌ها و پلیمرها از خود نشان می‌دهند، پدیده پیزوالکتریک یا اثر فشاربرقی است. با اعمال نیروی خارجی، دوقطبی‌های این سرامیک‌ها تحریک می‌شوند و میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. وارونه کردن اثر نیرو (مثلاً از کششی به فشاری) جهت میدان را معکوس می‌کند.

از مواد پیزوالکتریک در مبدل‌ها و وسایلی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند یا برعکس استفاده می‌شود. کاربردهای نام‌آشنایی از جمله پیکاپ گرامافون، میکروفن‌ها، مولدهای ماوراء صوت و حسگرهای سونار از خاصیت پیزوالکتریک استفاده می‌کنند. در پیکاپ گرامافون همچنان که قلم، شیارهای رکورد را می‌پیماید یک اختلاف فشار به ماده پیزوالکتریک موجود در پیکاپ وارد می‌شود که نهایتاً به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. این سیگنال قبل از ورود به بلندگو تقویت می‌شود.

خاصیت پیزوالکتریک یک ویژگی مواد کریستالی دارای ساختار پیچیده بدون تقارن است. رفتار پیزوالکتریک یک پلی‌کریستال به وسیله گرم کردن بالاتر از دمای کوری و سپس خنک کردن تا دمای اتاق در مجاورت میدان الکتریکی قوی بهبود می‌یابد.

اثر پیزوالکتریک توانایی برخی مواد می‌باشد برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی. این اثر را برادران کوری، “پیر و ژاک کوری” در دهه ۱۸۸۰ میلادی کشف کردند. موادی که این پدیده را از خود بروز می‌دهند مواد پیزوالکتریک نامیده می‌شوند. اثر پیزوالکتریک در انواع بسیاری از مواد از جمله تک بلورها، سرامیک‌ها، بسپارها و مواد مرکب دیده می‌شود. تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل کوارتز که تحت کشش یا فشار معکوس هم هستند و هرچه میزان فشار یا کشش بیشتر باشد، اختلاف پتانسیل تولید شده بیشتر است.

اثر پیزوالکتریک معکوس به معنی تغییر شکل آنها بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی است. اگر دو وجه روبرویی در هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسیل متناوب الکتریکی وصل کنیم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ می‌دهد و به ارتعاش در می‌آید.