Robotik und physische KI
Große Entwicklungen bringen uns näher an vollständig unabhängige weiche Roboter
Unite.AI zu deinen bevorzugten Quellen auf Google hinzufügen
Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und des Caltech haben neue weiche robotische Systeme entwickelt, die von Origami inspiriert sind. Diese neuen Systeme können sich bewegen und ihre Form in Reaktion auf externe Reize ändern. Die neuen Entwicklungen bringen uns näher an vollständig unabhängige weiche Roboter. Die weichen Roboter, die wir heute besitzen, verwenden externe Energie und Steuerung. Deshalb müssen sie an externe Systeme mit harten Komponenten angeschlossen werden.
Die Forschung wurde in Science Robotics veröffentlicht. Jennifer A. Lewis, eine Hansjorg Wyss Professorin für biologisch inspirierte Ingenieurwissenschaften an der SEAS und Co-Leiterin der Studie, sprach über die neuen Entwicklungen.
“Die Fähigkeit, aktive Materialien in 3D-gedruckten Objekten zu integrieren, ermöglicht die Gestaltung und Herstellung ganz neuer Klassen von weichem robotischem Material”, sagte sie.
Die Forscher verwendeten Origami als Modell, um multifunktionale weiche Roboter zu erstellen. Origami kann durch sequenzielles Falten in mehrere Formen und Funktionen umgewandelt werden, während es in einer einzigen Struktur bleibt. Das Forschungsteam verwendete flüssigkristalline Elastomere, die ihre Form ändern können, wenn sie Hitze ausgesetzt werden. Das Team nutzte 3D-Druck, um zwei Arten von weichen Scharnieren zu erhalten. Diese Scharniere falten je nach Temperatur und können so programmiert werden, dass sie in einer bestimmten Reihenfolge falten.
Arda Kotikan ist ein Doktorand an der SEAS und der Graduate School of Arts and Sciences und Co-Erster Autor des Papiers.
“Mit unserer Methode des 3D-Druckens von aktiven Scharnieren haben wir vollständige Programmierbarkeit über die Temperaturreaktion, die Menge an Drehmoment, das die Scharniere ausüben können, ihren Biegewinkel und ihre Faltrichtung. Unsere Fertigungsmethode ermöglicht es, diese aktiven Komponenten mit anderen Materialien zu integrieren”, sagte sie.
Connor McMahan ist ein Doktorand am Caltech und Co-Erster Autor des Papiers.
“Das Verwenden von Scharnieren erleichtert es, robotische Funktionen zu programmieren und zu steuern, wie ein Roboter seine Form ändert. Anstatt den gesamten Körper eines weichen Roboters so zu deformieren, dass er auf unvorhersehbare Weise reagiert, müssen Sie nur programmieren, wie ein paar kleine Bereiche der Struktur auf Temperaturänderungen reagieren”, sagte er.
Das Forschungsteam baute mehrere weiche Geräte. Eines dieser Geräte war ein unabhängiger weicher Roboter namens “Rollbot”. Er beginnt als 8 Zentimeter langes und 4 Zentimeter breites flaches Blatt. Wenn er mit einer heißen Oberfläche von etwa 200°C in Kontakt kommt, falten sich eine Reihe von Scharnieren und formen den Roboter in ein pentagonales Rad.
An jeder der fünf Seiten des Rades gibt es weitere Scharniere, die sich falten, wenn sie mit einer heißen Oberfläche in Kontakt kommen.
“Viele bestehende weiche Roboter benötigen eine Verbindung zu externen Energie- und Steuersystemen oder sind durch die Menge an Kraft eingeschränkt, die sie ausüben können. Diese aktiven Scharniere sind nützlich, weil sie es weichen Robotern ermöglichen, in Umgebungen zu operieren, in denen Verbindungen zu externen Systemen nicht praktikabel sind, und Objekte zu heben, die viele Male schwerer sind als die Scharniere”, sagte McMahan.
Diese Forschung konzentrierte sich ausschließlich auf Temperaturreaktionen. In Zukunft werden die flüssigkristallinen Elastomere weiter untersucht, da sie auch auf Licht, pH, Feuchtigkeit und andere externe Reize reagieren können.
“Diese Arbeit zeigt, wie die Kombination von reaktiven Polymeren in einem architektonischen Verbund zu Materialien mit Selbstaktivierung in Reaktion auf verschiedene Reize führen kann. In Zukunft können solche Materialien so programmiert werden, dass sie immer komplexere Aufgaben ausführen, und die Grenzen zwischen Materialien und Robotern verschwimmen”, sagte Chiara Daraio, Professorin für Maschinenbau und Angewandte Physik am Caltech und Co-Leiterin der Studie.
Die Forschung umfasste Co-Autoren Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad und Robert D. Weeks. Die Arbeit wurde durch das Army Research Office, das Harvard Materials Research Science and Engineering Center durch die National Science Foundation und das NASA Space Technology Research Fellowship unterstützt.
