Tutkijat edistävät seuraavan sukupolven pehmeän robotiikan kehitystä

Harvardin John A. Paulsonin insinööritieteellisessä ja soveltavassa tieteellisessä tiedekunnassa (SEAS) työskentelevät tutkijat ovat kehittäneet sähköllä toimivia pehmeitä venttiileitä, jotka voivat ohjata hydraulisia pehmeitä aktuaattoreita. Tutkijaryhmän mukaan näitä venttiileitä voidaan soveltaa avustaviin ja terapeuttisiin laitteisiin, pehmiin ottimeen, bio-inspiroitiin pehmiin roboteihin, kirurgisiin roboteihin ja moniin muihin sovelluksiin.

Pehmeiden robotien rakentamisen haaste

Tutkijat kamppailevat edelleen kokonaan pehmeiden robotien rakentamisen kanssa, koska niiden voimanlähteenä tarvitaan useita komponentteja, ja nämä laitteet ovat joustamattomia. Paineistettujen nesteen voimalla toimivat pehmeät robotit tarjoavat uusia mahdollisuuksia hauraiden esineiden käsittelyyn, mitä perinteiset joustamattomat robotit eivät pysty tekemään. Tämän uuden kehityksen ansiosta tämä on erittäin tärkeää.

Tutkimus julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Sen tukijana toimi National Science Foundation ja National Robotic Initiative.

Robert J. Wood on Harry Lewisin ja Marlyn McGrathin insinööritieteellinen ja soveltava tieteellinen professori SEAS:ssa ja tutkimuksen vanhempi tekijä.

”Nykyiset joustamattomat säätöjärjestelmät rajoittavat merkittävästi fluidien voimalla toimivien pehmeiden robotien sopeutumiskykyä ja liikkuvuutta”, Wood sanoi. ”Tässä, olemme kehittäneet pehmiä ja kevyitä venttiileitä, joilla voidaan ohjata pehmiä hydraulisia aktuaattoreita, mikä avaa mahdollisuuksia pehmeiden laitteiden sisäiselle ohjaukselle tulevaisuuden fluidien voimalla toimiville roboteille.”

Pehmeät venttiilit

Pehmiä venttiileitä on ollut olemassa jo jonkin aikaa, mutta mikään niistä ei ole pystynyt saavuttamaan tarvittavaa painetta tai virtaamia olemassa oleville hydraulisille aktuaattoreille. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijaryhmä kehitti uudet sähköllä toimivat dynaamiset dielektriset elastomeeriset aktuaattorit, eli DEAt. Näiden ultra-korkean tehokkuuden ansiosta ja keveytensä vuoksi nämä pehmeät aktuaattorit voivat toimia satoja tuhansia syklejä.

Tutkijaryhmä yhdisti uudet dielektriset elastomeeriset aktuaattorit pehmeään kanavaan, mikä loi pehmeän venttiilin fluidin ohjaukseen.

Siyi Xu on SEAS:n jatko-opiskelija ja tutkimuksen ensisijainen tekijä.

”Nämä pehmeät venttiilit ovat nopeita ja pystyvät ohjaamaan fluidin painetta ja virtaamia, jotka vastaavat hydraulisten aktuaattorien tarpeita”, Xu sanoi. ”Nämä venttiilit antavat meille nopean ja voimakkaan ohjauksen makro- ja pien mittakaavan hydraulisille aktuaattoreille, joiden sisäinen tilavuus vaihtelee satojen mikrolitrien ja kymmenien millilitrien välillä.”

Tutkijat käyttivät DEA-pehmiä venttiileitä osoittamaan hydraulisten aktuaattorien ohjausta eri tilavuuksilla. He pystyivät saavuttamaan itsenäisen ohjauksen useille aktuaattoreille, jotka saivat voimansa yhdestä painelähteestä.

”Tämä kompakti ja kevyt DEA-venttiili on kykeneväinen ennennäkemättömään sähköiseen ohjaukseen hydraulisille aktuaattoreille, osoittaen potentiaalia tulevaisuuden laitteiden sisäiselle liikkeenohjaukselle pehmeille fluidien voimalla toimiville roboteille”, Xu sanoi.

Muita tutkimuksen tekijöitä olivat Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun ja Kaitlyn Becker.