Forskere udvikler næste generations bløde robotter

Forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) har udviklet elektrisk drevne bløde ventiler, der kan styre hydrauliske bløde aktuatorer. Ifølge holdet kan disse ventiler anvendes i hjælpemidler og terapeutiske enheder, bløde griber, bio-inspirerede bløde robotter, kirurgiske robotter og meget mere.

Udfordringen ved at bygge bløde robotter

Forskere kæmper stadig med at bygge helt bløde robotter, da de kræver mange komponenter for at drive enhederne, og disse enheder er stive. Bløde robotter drevet af trykkede væsker åbner op for nye muligheder for at interagere med ømfølsomme objekter, som traditionelle stive robotter ikke kan.

Forskningen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Den blev støttet af National Science Foundation og National Robotic Initiative.

Robert J. Wood er en Harry Lewis og Marlyn McGrath Professor of Engineering and Applied Sciences ved SEAS og senior forfatter af forskningen. 

“I dag begrænser de stive reguleringssystemer betydeligt tilpasningen og mobiliteten af væske-drevne bløde robotter,” sagde Wood. “Her har vi udviklet bløde og lette ventiler til at styre bløde hydrauliske aktuatorer, der åbner op for muligheder for bløde onboard-kontroller for fremtidige fluid-drevne bløde robotter.”

Bløde ventiler

Bløde ventiler har været til stede i længe, men ingen af dem har endnu opnået det nødvendige tryk eller flow-rater for eksisterende hydrauliske aktuatorer. For at komme rundt om dette udviklede holdet nye elektrisk drevne dynamiske dielektriske elastomer-aktuatorer, eller DEAs. Med en ultra-høj effekttæthed og lette, kan disse bløde aktuatorer køre i hundredtusinder af cykler. 

Holdet kombinerede derefter de nye dielektriske elastomer-aktuatorer med en blød kanal, der skabte en blød ventil for fluid-kontrol.

Siyi Xu er en ph.d.-studerende ved SEAS og første forfatter af artiklen. 

“Disse bløde ventiler har en hurtig respons-tid og kan styre fluid-tryk og flow-rater, der matcher behovene for hydrauliske aktuatorer,” sagde Xu. “Disse ventiler giver os hurtig, kraftfuld kontrol over makro- og små-skala hydrauliske aktuatorer med en intern volumen, der varierer fra hundredvis af mikroliter til titals af milliliter.” 

Forskerne anvendte DEA-bløde ventiler til at demonstrere kontrol over hydrauliske aktuatorer af forskellige volumener. De kunne opnå uafhængig kontrol over multiple aktuatorer, der blev drevet af en enkelt tryk-kilde.

“Denne kompakte og lette DEA-ventil er i stand til uhørt elektrisk kontrol over hydrauliske aktuatorer, hvilket viser potentialet for fremtidig onboard-bevægelseskontrol af bløde væske-drevne robotter,” sagde Xu. 

Andre medforfattere af forskningen inkluderede Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun og Kaitlyn Becker.