Weicher Roboter erkennt Schäden und heilt sich selbst

Ein Team von Ingenieuren an der Cornell University hat einen weichen Roboter entwickelt, der erkennen kann, wenn und wo er beschädigt wurde, bevor er sich sofort selbst heilt.

Die Forschung, “Autonome selbstheilende optische Sensoren für Schadensintelligente weiche Systeme“, wurde in Science Advances veröffentlicht.

Roboter robuster und agiler machen

Rob Shepherd ist Associate Professor für Mechanik und Luft- und Raumfahrttechnik.

“Unser Labor versucht immer, Roboter robuster und agiler zu machen, damit sie länger mit mehr Fähigkeiten arbeiten”, sagte er. “Wenn man Roboter für eine lange Zeit arbeiten lässt, werden sie Schäden ansammeln. Und wie können wir es ihnen ermöglichen, diese Schäden zu reparieren oder zu beheben?”

Das Organic Robotics Lab des Professors war für die Entwicklung von dehnbaren Faseroptik-Sensoren verantwortlich, die in weichen Robotern und verwandten Komponenten verwendet werden. Sie können auf viele verschiedene Weise eingesetzt werden, einschließlich Haut- und Wearable-Technologien.

Laut Shepard ist der erste Schritt für selbstheilende Fähigkeiten, es dem Roboter zu ermöglichen, zu erkennen, dass etwas repariert werden muss. Um dies zu erreichen, entwickelte das Team eine innovative Technik, bei der Faseroptik-Sensoren mit LED-Lampen kombiniert werden, die kleine Änderungen auf der Oberfläche des Roboters erkennen können.

Die Sensoren werden mit einem Polyurethan-Urea-Elastomer kombiniert, das Wasserstoffbrücken enthält, die ein schnelles Heilen ermöglichen. Es gibt auch Disulfid-Austausche, die die Festigkeit erhöhen.

SHeaLDS-Selbstheilungssystem

Dieses neue System wurde verwendet, um SHeaLDS zu entwickeln, die selbstheilende Lichtleiter für dynamisches Sensing sind. Sie bieten einen schadensresistenten weichen Roboter, der sich von Schnitten bei Raumtemperatur selbst heilen kann, ohne externe Eingriffe.

Die Forscher installierten die SHeaLDS in einem weichen Roboter, der einem vierbeinigen Seestern ähnelte. Sie rüsteten ihn mit einer Rückkopplungssteuerung aus und stachen eines seiner Beine sechsmal. Der Roboter konnte den Schaden erkennen und sich selbst innerhalb von etwa einer Minute heilen und seine Gangart autonom an den erkannten Schaden anpassen.

Trotz der Tatsache, dass das Material unglaublich robust und widerstandsfähig ist, ist es wichtig zu beachten, dass es nicht unzerstörbar ist.

“Sie haben ähnliche Eigenschaften wie menschliches Fleisch”, sagte Shepherd. “Man heilt nicht gut von Verbrennungen oder von Dingen mit Säure oder Hitze, da dies die chemischen Eigenschaften ändert. Aber wir können eine gute Arbeit beim Heilen von Schnitten leisten.”

Das Team wird nun SHeaLDS mit maschinellen Lernalgorithmen integrieren, die taktilen Ereignisse erkennen können, um einen robusteren Roboter mit selbstheilender Haut zu schaffen. Diese Haut kann auch verwendet werden, um die Umgebung zu erkennen und eine Vielzahl von Aufgaben zu erfüllen.