Forskere utvikler neste generasjons myke roboter

Forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) har utviklet elektrisk drevne myke ventiler som kan kontrollere hydrauliske myke aktuatorer. Ifølge teamet kan disse ventilen bli brukt i hjelpemidler og terapeutiske enheter, myke gripeenheter, bio-inspirerte myke roboter, kirurgiske roboter og mye mer.

Ufordringen med å bygge myke roboter

Forskere har fortsatt problemer med å bygge helt myke roboter fordi de krever mange komponenter for å drive enhetene, og disse enhetene er stive. Myke roboter drevet av pressuriserte væsker åpner opp nye muligheter for å samhandle med ømfintlige objekter, som tradisjonelle stive roboter ikke kan gjøre. Dette er hvorfor den nye utviklingen er så kritisk.

Forskningen ble publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Den ble støttet av National Science Foundation og National Robotic Initiative.

Robert J. Wood er en Harry Lewis og Marlyn McGrath Professor of Engineering and Applied Sciences ved SEAS og senior forfatter av forskningen. 

“I dagens stive reguleringssystemer begrenser tilpasningen og mobiliteten til væske-drevne myke roboter betraktelig,” sa Wood. “Her har vi utviklet myke og lette ventiler for å kontrollere myke hydrauliske aktuatorer som åpner opp muligheter for myke onboard-kontroller for fremtidige væske-drevne myke roboter.”

Myke ventiler

Selv om myke ventiler har vært tilgjengelige en stund, har ingen av dem nådd de nødvendige trykk eller strømningshastighetene for eksisterende hydrauliske aktuatorer. For å komme rundt dette, utviklet teamet nye elektrisk drevne dynamiske dielektriske elastomer-aktuatorer, eller DEAs. Med en ultra-høy effekttetthet og lett vekt, kan disse myke aktuatorer kjøre i hundredtusener av sykluser. 

Teamet kombinerte deretter de nye dielektriske elastomer-aktuatorer med en myk kanal, som skapte en myk ventil for væskekontroll.

Siyi Xu er en doktorgradsstudent ved SEAS og første forfatter av artikkelen. 

“Disse myke ventilene har en rask responstid og kan kontrollere væske-trykk og strømningshastigheter som matcher behovene til hydrauliske aktuatorer,” sa Xu. “Disse ventilene gir oss rask, kraftig kontroll over makro- og småskala hydrauliske aktuatorer med intern volum fra hundredtusener av mikroliter til titalls milliliter.” 

Forskerne brukte DEA-myke ventiler for å demonstrere kontroll over hydrauliske aktuatorer med ulike volumer. De kunne oppnå uavhengig kontroll over flere aktuatorer drevet av en enkelt trykkskilde.

“Denne kompakte og lette DEA-ventilen er i stand til utenkelig elektrisk kontroll over hydrauliske aktuatorer, og viser potensialet for fremtidig onboard-bevegelseskontroll av myke væske-drevne roboter,” sa Xu. 

Andre medforfattere av forskningen inkluderte Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun og Kaitlyn Becker.