Forscher machen Fortschritte bei der nächsten Generation von Soft-Robotik

Forscher an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) haben elektrisch angetriebene weiche Ventile entwickelt, die hydraulische weiche Aktuatoren steuern können. Laut dem Team könnten diese Ventile in assistiven und therapeutischen Geräten, weichen Greifern, bio-inspirierten weichen Robotern, chirurgischen Robotern und vielem mehr eingesetzt werden.

Herausforderung beim Bau von Soft-Robotern

Forscher haben immer noch Schwierigkeiten, vollständig weiche Roboter zu bauen, da sie viele Komponenten benötigen, um die Geräte zu betreiben, und diese Geräte starr sind. Weiche Roboter, die von druckbeaufschlagten Flüssigkeiten angetrieben werden, eröffnen neue Möglichkeiten, mit empfindlichen Objekten zu interagieren, was herkömmliche starre Roboter nicht können. Dies ist der Grund, warum die neue Entwicklung so wichtig ist.

Die Forschung wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Sie wurde von der National Science Foundation und der National Robotic Initiative unterstützt.

Robert J. Wood ist ein Harry Lewis und Marlyn McGrath Professor of Engineering und Applied Sciences an der SEAS und Senior-Autor der Forschung.

„Die heutigen starren Regulierungssysteme begrenzen die Anpassungsfähigkeit und Mobilität von flüssigkeitsgetriebenen weichen Robotern erheblich“, sagte Wood. „Hier haben wir weiche und leichte Ventile entwickelt, um weiche hydraulische Aktuatoren zu steuern, die Möglichkeiten für weiche Bordsteuerungen für zukünftige flüssigkeitsgetriebene weiche Roboter eröffnen.“

Weiche Ventile

Weiche Ventile gibt es bereits seit einiger Zeit, aber keine davon hat bisher die erforderlichen Drücke oder Flussraten für bestehende hydraulische Aktuatoren erreicht. Um dies zu umgehen, entwickelte das Team neue elektrisch angetriebene dynamische dielektrische Elastomer-Aktuatoren, oder DEAs. Mit einer ultra-hohen Leistungsdichte und leichtem Gewicht können diese weichen Aktuatoren Hunderttausende von Zyklen durchlaufen.

Das Team kombinierte dann die neuen dielektrischen Elastomer-Aktuatoren mit einem weichen Kanal, der ein weiches Ventil für fluidische Steuerung erstellte.

Siyi Xu ist ein Doktorand an der SEAS und Erstautor des Papiers.

„Diese weichen Ventile haben eine schnelle Reaktionszeit und können fluidische Drücke und Flussraten steuern, die den Bedürfnissen von hydraulischen Aktuatoren entsprechen“, sagte Xu. „Diese Ventile geben uns schnelle, leistungsstarke Steuerung von Makro- und Kleinskalen-hydraulischen Aktuatoren mit einem internen Volumen, das von einigen hundert Mikrolitern bis zu einigen zehn Millilitern reicht.“

Die Forscher verwendeten die DEA-weichen Ventile, um die Steuerung von hydraulischen Aktuatoren unterschiedlicher Volumina zu demonstrieren. Sie konnten eine unabhängige Steuerung mehrerer Aktuatoren mit einer einzigen Druckquelle erreichen.

„Dieses kompakte und leichte DEA-Ventil ist in der Lage, eine beispiellose elektrische Steuerung von hydraulischen Aktuatoren zu erreichen, was das Potenzial für zukünftige Bordsteuerungen von weichen flüssigkeitsgetriebenen Robotern zeigt“, sagte Xu.

Weitere Co-Autoren der Forschung waren Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun und Kaitlyn Becker.