• تعداد بازديد :
  • شنبه 1395/03/08
  • تاريخ :

ساخت دست مصنوعی

ساخت دست مصنوعی

مقدمه:

دست انسان بسیار شگفت انگیز است و با آن کارهای زیادی از جمله برداشتن اشیا می توان انجام داد.

ساخت دست مصنوعی

ساخت یک دست مصنوعی دارای تمام این قابلیت ها بسیار چالش برانگیز است. در این فعالیت علمی سعی خواهیم کرد یک پنجه ی مصنوعی ساده با قابلیت بلند کردن اشیای کوچک بسازیم.

ساخت دست مصنوعی

پیش زمینه:

دست انسان دارای پنج انگشت، هر کدام با چند مفصل است. این مفاصل توسط عضلات و تاندون ها کنترل می شوند. عضلات به تاندون ها نیرو وارد می کنند و تاندون ها نیز مفصل ها را خم می کنند. دست انسان مفاصل بسیار مختلفی دارد و به همین دلیل بسیار انعطاف پذیر است و به راحتی قابلیت انجام انواع کارها را دارد. انسان در کودکی استفاده از دستان خود را می آموزد و زمانی که بزرگ می شود دیگر نیازی به فکر کردن برای استفاده از دست خود ندارد.

ساخت دست مصنوعی

مهندسان سال هاست که برای ساخت دست رباتیک تلاش می کنند، اما این کار بسیار دشوار است. دستاورد ما تا به اینجا ساخت دست های رباتیکی است که قابلیت انجام کاری خاص را دارند. به عنوان مثال یک پنجه ی رباتیک در یک کارخانه برای برداشتن یک جسم خاص و نصب بر روی اتومبیل طراحی می شود، اما همین پنجه توانایی بلند کردن یک توپ تنیس یا یک لیوان آب را ندارد! ساخت یک دست مکانیکی دارای توانایی های دست انسان چالش بسیار بزرگی است.

ساخت دست مصنوعی

در این فعالیت علمی شما یک پنجه ی مصنوعی ساده با استفاده از چند نی و نخ خواهید ساخت. شکاف هایی در نی ایجاد خواهید کرد که به عنوان مفصل عمل خواهند کرد. همچنین نخ هایی از نی رد می کنید تا به عنوان تاندون عمل کنند. کشیدن نخ ها سبب خم شدن مفاصل می شود. شما می توانید با ساخت پنجه های مختلف، مثلاً پنجه ی ساده ی دو انگشتی با یک مفصل برای هر انگشت و یا یک دست شبیه دست انسان دارای چندین مفصل، بررسی های خود را انجام دهید.

 

مواد و وسایل مورد نیاز:

 چند نی آشامیدنی پلاستیکی
 سوزن (هنگام کار با اشیای نوک تیز حتماً از یک بزرگتر کمک بگیرید.)
 نخ
 گیره ی کاغذ
 خمیر مدل سازی
 اشیایی کوچک برای برداشتن با دست مصنوعی
 قیچی
 انبرک (اختیاری)
 چند کش لاستیکی کوچک (اختیاری)
 لوله ی مقوایی دستمال کاغذی

 

آماده سازی:

تمام مواد و وسایل مورد نیاز خود را روی سطح کار قرار دهید. سطح کار باید فضایی مناسب برای ساخت و آزمایش دست مصنوعی داشته باشد.

 

روش کار:


در ابتدا یک انگشت می سازیم. با استفاده از قیچی (و کمک یک بزرگتر) یک سوراخ مثلثی در وسط یک نی ایجاد کنید. دقت کنید که نباید تمام عرض نی را ببرید. این شکاف باید امکان خم کردن نی را به شما بدهد اما پس از رها کردن نی باید به حالت اولیه ی خود بازگردد. این شکاف در واقع مفصل انگشت شماست.

ساخت دست مصنوعی

 سر یک نخ را از سوراخ سوزن رد کنید و آن را به سوراخ گره بزنید.
با دقت قسمت بالای شکاف روی نی را با سوزن سوراخ کنید. دقت داشته باشید که سوراخ باید در همان سمتی از نی باشد که شکاف وجود دارد نه در پشت آن. 
 سوزن را از داخل نی به سمت پایین ببرید تا از شکاف رد شود و از انتهای نی بیرون بیاید. برای این کار می توانید از یک انبرک استفاده کنید. (انبرک را می توانید از داخل شکاف یا از انتهای نی وارد کنید و نخ را بگیرید.) همچنین می توانید نی را به صورت عمودی نگه دارید و آن را تکان دهید تا سوزن به پایین برود.
سوزن را تا جایی بکشید که ده سانتیمتر نخ از پایین نی بیرون بماند. این نخ به عنوان تاندون دست عمل می کند و به خم شدن آن کمک می کند. 
انتهای دیگر نخ را ببرید و به اندازه ای نخ برای گره زدن از آن باقی بگذارید. دقت کنید گره ای که می زنید به اندازه ای بزرگ باشد که از سوراخ ایجاد شده با سوزن رد نشود.
نخ را از سوراخ سوزن دربیاورید.
انتهای نخ را به یک گیره ی کاغذ گره بزنید.

ساخت دست مصنوعی

اولین انگشت شما آماده است! پایه ی نی را با یک دست نگه دارید. با دست دیگر گیره ی کاغذ را بکشید. این کار سبب می شود نی در قسمت دارای شکاف خم شود، درست مانند خم شدن انگشت در قسمت مفصل. با این انگشت مصنوعی چه چیزهایی را می توان بلند کرد؟ اضافه کردن انگشت های دیگر چه کمکی در این کار خواهند کرد؟
 
اکنون زمان ساخت انگشت های بیشتر رسیده است. با تکرار مراحل بالا حداقل یک انگشت دیگر بسازید. همچنین می توانید تصمیم بگیرید که هر انگشت چند مفصل داشته باشد. اگر انگشتی که می سازید چند مفصل دارد، می توانید از یک نخ برای کنترل کل انگشت (با گره زدن نخ در پایین آخرین مفصل) و یا از چند نخ مجزا برای کنترل هر مفصل استفاده کنید.
انواع مختلف انگشت را بسازید و عملکرد آنها را بررسی کنید.
اکنون زمان ساخت یک پنجه فرا رسیده است. طرح دستی که می سازید بر عهده ی خودتان است. به خاطر داشته باشید که لزوماً نباید دستی با پنج انگشت بسازید. به عنوان مثال می توانید یک پنجه ی دو انگشتی (مانند خرچنگ) یا یک پنجه ی سه انگشتی یا چهار انگشتی متقارن بسازید.
 
سعی کنید چند انگشت را با هم ترکیب کنید. با استفاده از خمیر مدل سازی کف دست (پایه) را بسازید. (آن را دور پایه ی نی ها شکل دهید.) دقت داشته باشید که نباید انتهای نی ها با خمیر پوشیده شود تا بتوانید نخ ها را بکشید. استفاده از خمیر مدل سازی این امکان را به شما می دهد تا موقعیت و جهت انگشتان را نسبت به هم تغییر دهید.
 
بسته به نوع خمیری که استفاده می کنید، ممکن است لازم باشد خمیر را خشک کنید تا بهتر عمل کند. (کار کردن با خمیر خیس سخت است.)
 
پس از نصب انگشت ها روی خمیر سعی کنید با کشیدن نخ ها با دست مصنوعی کار کنید. احتمالاً نیاز به اعمال تغییراتی دارید تا دست به خوبی کار کند. به نظرتان چه تغییراتی سبب بهتر شدن عملکرد دست مصنوعی می شود؟
 
اکنون سعی کنید با دست مصنوعی چند جسم کوچک را بلند کنید. به خاطر داشته باشید که دست شما از نی ساخته شده است و چندان قوی نیست، در نتیجه تنها می توانید اجسام سبک را با آن بلند کنید. (برای مثال بطری های پلاستیکی خالی)
 
آیا دست مصنوعی تان در بلند کردن برخی اجسام بهتر عمل می کند؟ آیا می توانید دستی طراحی کنید که برای بلند کردن اجسام خاص باشد؟ مثلاً دستی برای بلند کردن اجسام استوانه ای مانند بطری ها و یا نوعی دیگر برای برداشتن اجسام کروی مانند توپ تنیس. به نظرتان طراحی دستی مانند دست انسان با قابلیت بلند کردن هر گونه جسمی چه مقدار دشوار است؟

ساخت دست مصنوعی

آزمایش های تکمیلی:

 کف دست مصنوعی خود را روی یک انتهای لوله ی مقوایی دستمال کاغذی نصب کنید و نخ های مربوط به انگشتان را از داخل لوله رد کنید. در این حالت یک پنجه با دسته دارید که می توانید از آن برای بلند کردن اجسام استفاده کنید!
 نی های پلاستیکی کمی لیز هستند و ممکن است برداشتن اجسام با آنها سخت باشد. سعی کنید این مشکل را حل کنید. به عنوان مثال چند کش لاستیکی کوچک را دور نی ها ببندید. این کار تأثیری در برداشتن اجسام دارد؟

 

مشاهده و نتیجه گیری:

در این فعالیت علمی باید توانسته باشید دستی مصنوعی بسازید که قابلیت بلند کردن اجسام سبک از جمله توپ پینگ پونگ، بطری پلاستیکی خالی و یا عروسک های کوچک را داشته باشد. ساخت دستی مصنوعی با قابلیت بلند کردن اجسام سنگین تر با استفاده از نی پلاستیکی و خمیر مدل سازی بسیار دشوار خواهد بود. اگر قصد ساخت دست محکم تری دارید، باید نی ها و خمیر مدل سازی را با مواد و ابزاری قوی تر جایگزین کنید. (برای مثال لوله ی پلاستیکی برای انگشت ها، کابل فلزی برای تاندون ها و یک پایه ی چوبی سوراخ دار برای کف دست.)
 
ساخت دستی مصنوعی که کنترل آن تنها با یک نخ باشد بسیار آسان است، اما در مقابل ساخت دستی با مفاصل زیاد که به صورت جداگانه کنترل می شوند بسیار دشوارتر است؛ اما دلیلی ندارد که آن را نسازید! به خاطر داشته باشید که دست انسان ساختار بسیار پیچیده ای دارد و مهندسان حرفه ای همچنان در حال تلاش برای ساخت دستی رباتیک با کارآیی مشابه با دست انسان هستند.
 
از آنجا که این فعالیت با موضوع طراحی مهندسی است، هیچ فرمول خاصی برای ساخت دست وجود ندارد. طرح های بسیار مختلفی وجود دارند که هیچ کدام کاملاً غلط یا درست نیستند. برخی از طرح ها کارآیی بهتری دارند؛ در صورتی که دست هایی مصنوعی با تعداد انگشت های مختلف ساخته اید، بررسی کنید که چه تعداد انگشت کارآیی بهتری دارد.

 

منبع: Build an Artificial Hand

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

 

UserName