Vědci vytvořili lehké roboty inspirované klouby pavouků

Vědci z Max Planck Institute for Intelligent Systems v Německu a z University of Colorado Boulder ve Spojených státech vyvinuli nové lehké roboty pomocí principů kloubů pavouků.

Výzkum s názvem „Spider-inspired electrohydraulic actuators for fast, soft-actuated joints“ byl publikován v Advanced Science.

Pavouci často slouží jako inspirace v oblasti robotiky, zejména protože pohybují svými končetinami prostřednictvím hydraulických aktuačních mechanismů při lovu kořisti, které vědci snaží implementovat do robotů.

Použitím těchto principů byl tým vědců schopen řídit článkované roboty bez jakýchkoli objemných komponent a konektorů, což jim pomáhá vyhnout se zatížení a zvýšit mobilitu a rychlost.

Díky lehké a jednoduché konstrukci může robot skočit 10krát svou vlastní výšku.

https://www.youtube.com/watch?v=XtZSv7ZcoxY

SES Klouby

Vědci se spoléhali na pavoukem inspirované elektrohydraulické měkké aktuační klouby, nebo SES klouby, aby dosáhli vysoké výkony v robotech. Klouby lze nakonfigurovat různými způsoby, dokonce i mimo arachno-bot.

Výzkumná práce popisuje bidirekční kloub, vícečlánkový umělý končetin a tříprstový gripper, který lze použít k uchopení a zvednutí objektů. Všechny tyto výtvory mají podobné rysy. Jsou lehké, jednoduché a vykazují vysoký výkon, což je činí užitečnými pro robotické systémy, které vyžadují rychlý pohyb a interakci s různými prostředími.

SES klouby byly založeny na technologii HASEL, kterou tým dříve vynalezl pro stavbu umělých svalů. SES klouby napodobují mechanismus exoskeletu, který má både rigidní a měkké prvky, podobně jako pavouk rozšiřuje své nohy prostřednictvím hydraulických sil.

Vývoj pavoukem inspirovaných robotů

Vědci nejprve vytvořili flexibilní vak z tenkých plastových fólií, které byly naplněny kapalným dielektrikem. Elektrody byly poté umístěny na každé straně vaku a kapsy sloužily jako aktuační prvky, s hydraulickou silou generovanou prostřednictvím elektrostatických sil.

Vak je spojen s rotálním kloubem a když je aplikováno vysoké napětí mezi elektrodami, kapalný dielektrik se posune uvnitř vaku a kloub se ohne. SES klouby mohou rotovat až o 70 stupňů, což vede k vysokým točivým momentům, a mohou se snadno vrátit do výchozí pozice.

Christoph Keplinger je ředitel oddělení robotických materiálů v Max Planck Institute for Intelligence Systems.

„SES klouby jsou velmi jednoduché a lehké, protože neobsahují žádné periferní komponenty, které by robot zatížily,“ říká Keplinger. „Mnoho aplikací pro měkké roboty vyžaduje univerzální aktuační prvky. Tyto pavoukem inspirované klouby umožňují vysokou funkčnost a spotřebují málo energie, jsou snadno a levně vyrobitelné – plastické materiály, které používáme, jsou pro balení potravin – a jejich výroba je snadno škálovatelná. Tyto jsou všechny vlastnosti, které jsou kritické pro design robotů, které mohou pohybovat mnoha způsoby a manipulovat různými objekty bez jejich poškození.“

Vědci demonstrovali univerzálnost SES kloubů prostřednictvím aplikace tříprstého gripperu. Pokud by gripper spoléhal na svalovitou strukturu, byl by zablokovaný při pokusu o uchopení objektu. Ale s SES klouby jako závěsy je vyžadováno mnohem méně místa.

Nicholas Kellaris je prvním autorem článku.

„Výzkum vyniká tím, že můžeme použít širokou škálu materiálů, dokonce i plastové materiály pro výrobu čipových sáčků, pro výrobu vaků,“ říká Kellaris. „To nám umožňuje implementovat SES v široké škále geometrií se specificky naladěnými aktuačními charakteristikami.“

Phillip Rothemund je druhým autorem publikace.

„Naším konečným cílem nebylo vytvořit pavoučího robota,“ dodává Rothemund. „Chtěli jsme vyvinout špičkový, aktivní kloub, který lze umístit do libovolného typu robota.“