Pehmeä robotti havaitsee vaurion ja korjaa itsensä

Cornellin yliopiston insinööritiimi on kehittänyt pehmeän robotin, joka voi havaita, milloin ja missä se on vahingoittunut, ja parantaa itsensä välittömästi.

Tutkimus, ”Autonomous self-healing optical sensors for damage intelligent soft-bodied systems”, julkaistiin Science Advances -julkaisussa.

Robottien kehittäminen kestävämmiksi ja ketterämmiksi

Rob Shepherd on mekaniikan ja ilmailutekniikan apulaisprofessori.

”Laboratoriossamme pyritään aina tekemään roboteista kestävämpiä ja ketterämpiä, jotta ne toimisivat pidempään ja monipuolisemmin”, hän sanoi. ”Jos robotit toimivat pitkään, ne keräävät vahinkoa. Miten voimme sallia niiden korjata tai selviytyä vahingoista?”

Professorin Organic Robotics Lab -laboratorio oli vastuussa venyvien kuituoptisten anturien kehittämisestä pehmeisiin roboteihin ja niihin liittyviin komponentteihin. Niitä voidaan käyttää monin eri tavoin, mukaan lukien ihon ja puettavien teknologioiden parissa.

Shepherdin mukaan itseparantamisen ensimmäinen askel on mahdollistaa robotin tunnistaa, mitä on korjattava. Tämän saavuttamiseksi tiimi kehitti innovatiivisen tekniikan, jossa yhdistettiin kuituoptisia antureita ja LED-valoja, jotka voivat havaita pieniä muutoksia robotin pinnalla.

Anturit yhdistettiin polyuretaani-urea-elastomeeriin, joka sisältää vetysidoksia, mikä mahdollistaa nopean parantamisen. Siinä on myös disulfidisidosten vaihtoreaktioita, jotka lisäävät lujuutta.

SHeaLDS Itseparantava Järjestelmä

Tätä uutta järjestelmää käytettiin SHeaLDSin luomiseen, joka tarkoittaa itsekorjautuvia valonjohtimia dynaamiseen aistimiseen. Se tarjoaa vahinkoilta suojaavan pehmeän robotin, joka pystyy parantamaan itsensä haavoista huoneenlämmössä ilman ulkoista apua.

Tutkijat asensivat SHeaLDSin pehmeään robottiin, joka muistutti nelijalkaista meritähteä. He varustivat sen myös takaisinkytkentäohjauksella ja puhkaisivat yhden sen jaloista kuusi kertaa. Robotti pystyi havaitsemaan vahingon ja korjaamaan jokaisen viiltonsa noin minuutissa, ja se pystyi mukauttamaan kävelyään itsenäisesti havaittujen vaurioiden perusteella.

Vaikka materiaali on erittäin kestävä ja vahinkoilta suojaava, on tärkeää huomata, ettei se ole tuhoutumaton.

”Ne ovat samanlaisia kuin ihmisen liha”, Shepherd sanoi. ”Palovammat tai hapon tai kuumuuden aiheuttamat vauriot eivät parane hyvin, koska se muuttaa kemiallisia ominaisuuksia. Mutta voimme tehdä hyvän työn haavojen parantamisessa.”

Tutkijaryhmä aikoo nyt integroida SHeaLDSin koneoppimisalgoritmeihin, jotka voivat tunnistaa taktiilisia tapahtumia, luodakseen kestävän robotin, jolla on itseparantava iho. Saman ihon avulla voidaan myös aistia ympäristöä ja suorittaa laaja valikoima tehtäviä.