بازوی اختاپوس شاهکاری فیزیولوژیک است؛ این بازو هیچ استخوانی ندارد اما آرایش سهبعدی فشردهای از رشتههای عضلانی درون آن قرار گرفته و آن را تبدیل به هیدرواستاتی عضلانی کرده است. حجم بازوی اختاپوس ثابت است و انقباض گروهی از ماهیچهها باعث کشیده شدن گروه دیگری از آنها میشود و در نتیجه حرکت را میسر میسازد. ماهیچههای اختاپوس بر اساس جهتگیری دستهبندی شده و هرکدام عملکرد خاصی را ممکن ساخته اند.
اختاپوسها دورهی جامعی از آموزش مهندسی بدون اسکلت را ارائه میدهند. مهندسان با تقلید از ساختار هیدرواستات عضلانی مخصوص اختاپوس بازوهای رباتیکی نرم و انعطافپذیری میسازند که با چابکی خوبی پیچ خورد و اشیا را میگیرد.
واژهی هیدرواستات از دو بخش هیدرو و استات به معانی آب و ایستایی ساخته شده است. هیدرواستات عضلاتی ساختاری در بدن جانوران را گویند که استخوان ندارد اما با ترکیبی از ماهیچهها و مایعات درونبافتی تراکمناپذیر حرکات و استحکام خود را پیدا میکند. ماهیچهها هم اسکلت و هم موتور محرکه هستند.
ماهیچههای اختاپوس بر اساس جهتگیری بر ۳ دسته تقسیم میشود.
- ماهیچههای طولی در طول بازو قرار داشته و باعث انقباض، خم و سفت شدن میشوند.
- ماهیچههای عرضی به صورت شعاعی قرار گرفتهاند و باعث دراز شدن بازو میشوند.
- ماهیچههای مورد با زاویه قرار گرفته و حرکات پیچ و تابی را مدیریت میکند.
ساخت ماهیچههای مصنوعی پنوماتیکی
اختاپوس اشیا را جابجا میکند، از فضاهای تنگ عبور کرده و بدون ذرهای استخوان نیروی زیادی ایجاد میکند. این خلقت ارتباط مستقیمی با عملگرهای نرم پنوماتیکی و رباتیک سیالپایه دارد. این جانور هشت بازوی عضلانی پر از سیالات دارد.
پنوماتیک سنتی پر از سیلندر، شیر و سایر مکانیزمهای صلب بود، پنوماتیک نو بر رباتهای نرم، ترتیب توزیع هوای فشرده و جادو با تنظیم این ترتیب متکی است. گریپرهای انعطافپذیر و ماهیچههای پنوماتیکی در دههی پیش رو فراگیر خواهد شد.
ماهیچههای مصنوعی که با فشار هوا کار میکنند سیستم بازوان اختاپوس را شبیهسازی کرده اند. چیدمان و عملکرد عملگرهای رباتیکی از این جانور الگوبرداری شده است:
- به مانند ماهیچههای طولی اختاپوس محفظههای هوای فشردهی خطی در بازوی سیلیکونی نرم تعبیه شدهاند تا منقبض یا خم شوند. چندین مورد از این محفظهها ترکیب میشود تا بازو در جهات مختلفی خم شده و طول خود را تنظیم کند. این بازوان حرکات شاخکها را تقلید میکنند.
- برای حرکت پیچشی از محفظههای هوای مارپیچی یا حلزونی استفاده شده است. بیشتر رباتهای نرم فقط امکان خم شدگی را دارند اما این طراحی حرکت پیچشی را نیز بر آن افزوده است. برای کارهای دقیق، اعمال نقشه بر روی اشیا و حرکت در فضاهای تنگ دامنهی عملکردی بالاتری نیاز است.
- رویکرد دیگری ساخت با ماهیچههای ماژولار یا قطعهای است. در این روش تعداد زیادی از عملگرهای لولهای و نازک پنوماتیکی معروف به اکچویتورهای مککبین دستهبندی شده و با کمک نیروی هوا منقبض میشوند. چینش این دستهها در جهتگیریهای مختلف ماهیچههای اختاپوس بازویی مصنوعی و منعطف میسازد.
الگوبرداری از اختاپوس امکان حل مشکلی اساسی در رباتیک را برملا ساخته است: انجام حرکات پیچیده و چندوجهی با استفاده از اجزای سبک، ساده و انعطاف پذیری که با هوای فشرده کار کرده و صلب نیستند.
چند مثال دیگر از ماژولهای هیدرواستاتیک در میان حیوانات عبارت است از خرطوم فیل، زبان زرافه که نیم متر از دهان خارج میشود، بند تن ماهی که امکان شنا میدهد و اندام تناسلی آبزیان.
جالب آنکه بخش بزرگی از نورونهای اختاپوس در سراسر بدن آن و بازوهایش توزیع شده است. در نتیجه سیستم کنترلی اختاپوس کاملا با ماشینهای معمولی متفاوت و غیرمتمرکز است. هر بازو تا حدی مستقل عمل میکند.
پنوماتیک غیرمتمرکز
الگوبرداری از اختاپوس ممکن است به خلق ماشینهایی پنوماتیکی ختم شود که به کنترلری مرکزی وابسته نیستند. کنترل توزیعشده، شیرهای هوشمند، حسگرها و سیستمهای بادی خودکار آیندهی پنوماتیک پیشرفته است.
