Když už máme to léto a témata jsou „okurková“, nabízím jedno vědecké: na Cornellově univerzitě v USA vymyslelo pár studentů zajímavou věc – použít popcorn pro vytvoření „svalů“ robota.
Myšlenka je jednoduchá: nevypukaná kukuřičná zrnka zabírají míň místa, než hotový popcorn, takže když to někam nacpeme a pak zahřejeme, pukáním se objem zvětší a tedy můžeme něco nějak pohnout. Studenti nápad vyzkoušeli, proměřili a napsali o tom zajímavý článek „Popcorn-Driven Robotic Actuators“, který prezentovali na konferenci ICRA letos na jaře [1] .
Kukuřice se dá podobně jako písek nebo kafe použít jako „sypká tekutina“ pro vytvoření tzv. „jamming actuator“ (což nevím, jak stručně a trefně přeložit): jinak normálně sypká hmota se podtlakem slisuje a tím ztvrdne, a to se dá využít třeba pro manipulaci s nepravidelnými předměty [2]
Tady v tomhle případě studenti využili běžnější vlastnosti zrnek kukuřice, a to jejich chování za zvýšené teploty: vlhkost uvnitř zrnka se zahřátím na nějakých 180 °C změní na páru a podobně jako když byste přehřáli papiňák, pára způsobí explozi [3] . Při téhle explozi se rozpařený vnitřek zrnka změní na želé, expanduje a zatuhne v mnohem větším objemu, přičemž jeho modul pružnosti se sice výrazně zmenší (cca 50x z původních 24 MPa na 0.45 MPa), ale ve výsledku bude i tak skoro podobný vlastnostem stavební pěny (cca 0.76 MPa), jenže na rozdíl od ní vytuhne mnohem rychleji (ta pěna tuhne asi 2h, popcorn okamžitě). No a je to.
Doporučuji si článek přečíst, kromě vlastního obsahu si všimněte také toho, jak celý experiment metodicky provedli, například:
Zdůvodnili, proč použili kukuřici
– bude ji potřeba velké množství, takže musí být levná a to docela je
– může být použita jako „sypká tekutina“, pro jejíž ztužení ale není potřeba podtlak (jako třeba pro písek nebo kafe) a navíc díky velikosti zrn není problém případného úniku tak velký, jako třeba u toho písku
Vyzkoušeli několik různých druhů kukuřice
– aby omezili další vlivy, vybrali si značku „Amish Country“, protože Amishové do ní po sklizni nepřidávají žádná éčka ani jiné umělecké prezervativy
– zjistili, že při pukání mají různé odrůdy různé vlastnosti, kromě velikosti hlavně různou hustotu pukanců, nakonec ta nejvhodnější odrůda byla dokonce nejlevnější
Vyzkoušeli různé způsoby ohřevu
– teplovzdušnou pistolí, horkým olejem, mikrovlnami a odporovým drátem; jako vedlejší produkt se ve článku dočtete, že mikrovlnka je na dělání popcornu nejlepší, ale to není zrovna vhodné pro roboty, nicméně odporový drát je hned za ní, a to už je pro běžné roboty velmi vhodné
Změřili viskozitu zrnek i hotového popcornu
– a zjistili, že zrnka mají koeficient statického tření zhruba desetinový proti pukancům
Změřili sílu, kterou zrnka pukají a ohýbají ocelový pásek, následně přepočtem objemu a dotykové plochy zjistili odpovídající tlak
– vyšla jim průměrná síla „puku“ 38 mN na ploše 114 mm2 tj. 0.33 MPa.
Provedli diskusi, kde by se to dalo použít
– Například pro zmíněné obemknutí nějakého předmětu, nebo pro změnu tvaru předmětu (dali to do složeného „origami pytlíku“), nadzvednutí závaží (80g kukuřice zvedlo 9kg činku), stažení pevných „prstů“ (zatažením za šňůrku uvnitř dutého prstu se tento ohne) anebo i narovnání zvadlého nosníku [4]
Celkově to je podle mě dost pěkný článek (i zajímavý nápad). Má to sice nějaké ty principiální mouchy (například nahřátí trvá asi 5 minut a taky je to poněkud jednorázové, že), ale když se na to podíváme z jiného úhlu, má to taky výhody. Například to funguje, je to levné a taky i biodegradabilní – a kdyby nic jiného, tak se s tím dá jet na konferenci do Austrálie :-).
Poznámky:
[1] Článek je ke stažení na stránkách Collective Embodied Intelligence Lab, přímý odkaz na pdf je zde.
[2] JRT to předváděl i na Robodoupěti – do latexového balónku se dá mleté kafe, balónek se plácne na nějaký předmět a vysaje se z něj vzduch. Tím kafe ztvrdne (stejně jako je tvrdé normálně zavakuované kafe v obchodě) a obemknutý předmět nemá úniku.
[3] Pro srovnání: tlak páry při puknutí kukuřice je kolem 900 kPa; v papiňáku je jen asi třetinový, kolem 300 kPa. Těch 900 odpovídá tak asi tlaku ve válcích vyčvachtaného benzínového motoru.
[4] Tohle těžko slušně popsat, podívejte se sami na obrázek 4E ve článku – i když teda asi pro řešení erektilních dysfunkcí to asi nebude to pravé.