Onderzoekers brengen volgende generatie zachte robotica een stap dichter bij

Onderzoekers aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) hebben elektrisch aangedreven zachte kleppen ontwikkeld die hydraulische zachte actuatoren kunnen besturen. Volgens het team kunnen deze kleppen worden toegepast in hulpmiddelen en therapeutische apparaten, zachte grijpers, bio-geïnspireerde zachte robots, chirurgische robots en veel meer.

Uitdaging bij het bouwen van zachte robots

Onderzoekers hebben nog steeds moeite om volledig zachte robots te bouwen omdat ze veel componenten nodig hebben om de apparaten aan te drijven, en deze apparaten zijn stijf. Zachte robots aangedreven door onder druk gezette vloeistoffen openen nieuwe mogelijkheden om met delicate voorwerpen te interacteren, wat traditionele stijve robots niet kunnen doen. Dit is waarom de nieuwe ontwikkeling zo cruciaal is.

Het onderzoek werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Het werd ondersteund door de National Science Foundation en de National Robotic Initiative.

Robert J. Wood is een Harry Lewis en Marlyn McGrath Professor of Engineering and Applied Sciences aan SEAS en senior auteur van het onderzoek. 

“De huidige stijve regelsystemen beperken de aanpasbaarheid en mobiliteit van vloeistof-gedreven zachte robots aanzienlijk,” zei Wood. “Hier hebben we zachte en lichte kleppen ontwikkeld om zachte hydraulische actuatoren te besturen die mogelijkheden openen voor zachte onboard-besturing voor toekomstige vloeistof-gedreven zachte robots.”

Zachte kleppen

Zachte kleppen bestaan al een tijdje, maar nog geen enkele heeft de vereiste druk of debiettarieven voor bestaande hydraulische actuatoren bereikt. Om hier omheen te komen, ontwikkelde het team nieuwe elektrisch aangedreven dynamische dielectrische elastomeeractuatoren, of DEAs. Met een ultra-hoge energiedichtheid en lichtgewicht kunnen deze zachte actuatoren honderdduizenden cycli draaien. 

Het team combineerde de nieuwe dielectrische elastomeeractuatoren met een zachte kanaal, waardoor een zachte klep voor vloeistofbesturing ontstond.

Siyi Xu is een graduate student aan SEAS en eerste auteur van het artikel. 

“Deze zachte kleppen hebben een snelle responstijd en kunnen vloeistofdruk en debiettarieven besturen die overeenkomen met de behoeften van hydraulische actuatoren,” zei Xu. “Deze kleppen geven ons snelle, krachtige besturing van macro- en kleine schaal hydraulische actuatoren met een interne volume variërend van honderden microliters tot tientallen milliliters.” 

De onderzoekers gebruikten de DEA-zachte kleppen om de besturing van hydraulische actuatoren van verschillende volumes te demonstreren. Ze konden onafhankelijke besturing van meerdere actuatoren aangedreven door een enkele drukbron bereiken.

“Deze compacte en lichte DEA-klep is in staat tot ongekende elektrische besturing van hydraulische actuatoren, waarmee het potentieel voor toekomstige onboard-bewegingsbesturing van zachte vloeistof-gedreven robots wordt aangetoond,” zei Xu. 

Andere co-auteurs van het onderzoek waren Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun en Kaitlyn Becker.