Suuret kehitysaskeleet lähemmäs täysin langattomia pehmeitä roboteja

Harvardin John A. Paulsonin insinööritieteellisestä ja soveltavasta tieteellisestä korkeakoulusta (SEAS) ja Caltechistä tutkijat ovat kehittäneet uusia pehmeitä robottijärjestelmiä, jotka ovat saaneet vaikutteita origamista. Nämä uudet järjestelmät pystyvät liikkumaan ja muuttamaan muotoa ulkoisten ärsykkeiden vaikutuksesta. Uudet kehitysaskeleet lähemmäs täysin langattomia pehmeitä roboteja. Nykyiset pehmeät robotit, joita meillä on tällä hetkellä, käyttävät ulkoista voimaa ja ohjausta. Tämän vuoksi ne on kytkettävä kiinteisiin järjestelmiin, joissa on kova komponentti.

Tutkimus julkaistiin Science Robotics -julkaisussa. Jennifer A. Lewis, Hansjorg Wyssin professori biologisesti inspiroidusta insinööritieteestä SEASissa ja tutkimuksen yhteisjohtaja, puhui uusista kehitysaskeleista.

“Aktiivisten materiaalien integrointi 3D-tulostettuihin objekteihin mahdollistaa täysin uusien pehmeiden robottimateriaalien suunnittelun ja valmistuksen”, hän sanoi.

Tutkijat käyttivät origamia mallina monitoimisten pehmeiden robotien luomiseksi. Origami pystyy muuttamaan useisiin muotoihin ja toimintoihin yhden rakenteen puitteissa. Tutkimusryhmä käytti nestekide-elastomeereja, jotka pystyvät muuttamaan muotoa lämmön vaikutuksesta. Ryhmä käytti 3D-tulostusta saadakseen kaksi tyyppiä pehmeitä nivelettiä. Nivelet muuttavat muotoa lämpötilan mukaan, ja niitä voidaan ohjelmoida tietyn järjestyksen mukaan.

Arda Kotikan on jatko-opiskelija SEASissa ja Graduate School of Arts and Sciencesissa ja tutkimuksen yhteisensimmäinen kirjoittaja.

“Meidän 3D-tulostusmenetelmällämme aktiivisille niveleille on täysi ohjelmoitavuus lämpötilavastetta, sen suuruutta, jota nivelet voivat tuottaa, niiden taipumakulmaa ja taittokulmaa varten. Meidän valmistusmenetelmämme mahdollistaa näiden aktiivisten komponenttien integroinnin muihin materiaaleihin”, hän sanoi.

Connor McMahan on jatko-opiskelija Caltechissä ja tutkimuksen yhteisensimmäinen kirjoittaja.

“Nivelettien käyttäminen tekee helpommaksi ohjelmoida robottitoimintoja ja määritellä, miten robotti muuttaa muotoa. Sen sijaan, että koko pehmeän robotin keho muuttaa muotoa tavalla, jota on vaikea ennustaa, sinun tarvitsee vain ohjelmoida, miten muutamia pieniä alueita rakenteessa vastaa lämpötilan muutoksiin”, hän sanoi.

Tutkijaryhmä rakensi useita pehmeitä laitteita. Yksi näistä laitteista oli langaton pehmeä robotti nimeltä “Rollbot”. Se alkaa 8 senttimetrin pituisena ja 4 senttimetrin levyisenä litteänä levynä. Kun se on kosketuksissa kuuman pinnan kanssa, noin 200 °C, yksi nivelettien joukko taittuu ja antaa robotille pyörän muodon.

Jokaisella pyörän viidellä sivulla on lisää nivelettien joukkoja, jotka taittuvat, kun ne ovat kosketuksissa kuuman pinnan kanssa.

“Monet olemassa olevat pehmeät robotit vaativat ulkoista voimaa ja ohjausta tai ovat rajoitettuja siinä voimassa, jonka ne voivat tuottaa. Nämä aktiiviset nivelet ovat hyödyllisiä, koska ne mahdollistavat pehmeiden robotien toiminnan ympäristöissä, joissa kiinteät järjestelmät ovat epäkäytännöllisiä, ja ne voivat nostaa esineitä, jotka ovat moninkertaisesti raskaampia kuin nivelet”, McMahan sanoi.

Tutkimus, joka tehtiin, keskittyi ainoastaan lämpötilavasteeseen. Tulevaisuudessa nestekide-elastomeereja tutkitaan edelleen, koska ne pystyvät myös reagoimaan valoon, pH:aan, kosteuttaan ja muihin ulkoisiin ärsykkeisiin.

“Tämä työ osoittaa, miten vastauskykyisten polymeerien yhdistäminen arkkitehtoniseen komposiittiin voi johtaa materiaaleihin, jotka pystyvät itseohjautumaan eri ärsykkeisiin. Tulevaisuudessa nämä materiaalit voidaan ohjelmoida suorittamaan yhä monimutkaisempia tehtäviä, mikä hämärtää rajaa materiaalien ja robotien välillä”, Chiara Daraio, Caltechin mekaniikan ja soveltavan fysiikan professori ja tutkimuksen yhteisjohtaja, sanoi.

Tutkimukseen osallistuivat myös Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad ja Robert D. Weeks. Työtä tukivat Army Research Office, Harvard Materials Research Science and Engineering Center National Science Foundationin kautta ja NASA Space Technology Research Fellowship.