Store Utviklinger Bringer Oss Nærmere Fullstendig Uavhengige Myke Robotar

Forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og Caltech har utviklet nye myke robotiske systemer som er inspirert av origami. Disse nye systemene kan bevege seg og endre form i respons til ytre stimuli. De nye utviklingene bringer oss nærmere å ha fullstendig uavhengige myke robotar. De myke robotene vi har i dag bruker eksterne strømkilder og kontroll. På grunn av dette må de være koblet til utenbords systemer med harde komponenter.

Forskningen ble publisert i Science Robotics. Jennifer A. Lewis, en Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering ved SEAS og co-lead forfatter av studien, snakket om de nye utviklingene.

“Evnen til å integrere aktive materialer innen 3D-utskrevne objekter muliggjør design og fabrikasjon av helt nye klasser av myk robotisk materiale,” sa hun.

Forskerne brukte origami som en modell for å lage multifunksjonelle myke robotar. Origami, gjennom sekvensielle folder, kan endre form og funksjoner mens den forblir i en enkelt struktur. Forskningsgruppen brukte flytende krystall-elastomerer som kan endre form når de utsettes for varme. Gruppen brukte 3D-utskriving for å få to typer myke henger. Disse hengene folder avhengig av temperaturen, og de kan programmeres for å foldes i en bestemt rekkefølge.

Arda Kotikan er en masterstudent ved SEAS og Graduate School of Arts and Sciences og co-first forfatter av artikkelen.

“Med vår metode for 3D-utskriving av aktive henger, har vi full programmerbarhet over temperaturrespons, mengden dreiemoment hengene kan utøve, deres bøyingsvinkel og foldorientering. Vår fabrikasjonsmetode muliggjør integrering av disse aktive komponentene med andre materialer,” sa hun.

Connor McMahan er en masterstudent ved Caltech og co-first forfatter av artikkelen også.

“Bruken av henger gjør det enklere å programmere robotiske funksjoner og kontrollere hvordan en robot endrer form. I stedet for å ha hele kroppen av en myk robot deformere på måter som kan være vanskelige å forutsi, trenger du bare å programmere hvordan noen få små regioner av strukturen vil reagere på endringer i temperatur,” sa han.

Forskningsgruppen bygde flere myke enheter. En av disse enhetene var en uavhengig myk robot kalt “Rollbot”. Den starter som en 8 centimeter lang og 4 centimeter bred flat plate. Når den er i kontakt med en varm overflate på rundt 200°C, folder en sett av hengene og former roboten til en pentagonal hjul.

På hver av de fem sidene av hjulet, er det flere sett av henger som folder når de er i kontakt med en varm overflate.

“Mange eksisterende myke robotar krever en tether til eksterne strømkilder og kontrollsystemer eller er begrenset av mengden kraft de kan utøve. Disse aktive hengene er nyttige fordi de tillater myke robotar å operere i miljøer hvor tethers er upraktiske og å løfte objekter som er mange ganger tyngre enn hengene,” sa McMahan.

Denne forskningen som ble gjennomført, fokuserte kun på temperaturresponser. I fremtiden vil flytende krystall-elastomerer bli studert videre, da de også kan reagere på lys, pH, fuktighet og andre ytre stimuli.

“Dette arbeidet demonstrerer hvordan kombinasjonen av responsive polymerer i en arkitekturert kompositt kan føre til materialer med selv-aktivering i respons til forskjellige stimuli. I fremtiden kan slike materialer bli programmert for å utføre stadig mer komplekse oppgaver, og utviske grensene mellom materialer og robotar,” sa Chiara Daraio, Professor of Mechanical Engineering and Applied Physics ved Caltech og co-lead forfatter av studien.

Forskningen inkluderte medforfattere Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad og Robert D. Weeks. Arbeidet ble støttet av Army Research Office, Harvard Materials Research Science and Engineering Center gjennom National Science Foundation og NASA Space Technology Research Fellowship.