Naukowcy rozwijają następną generację robotyki miękkiej

Naukowcy z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) opracowali elektrycznie napędzane miękkie zawory, które mogą kontrolować hydrauliczne miękkie aktywatory. Zgodnie z zespołem, te zawory mogą być stosowane w urządzeniach asystujących i terapeutycznych, miękkich chwytakach, bio-inspirowanych miękkich robotach, robotach chirurgicznych i wielu innych.

Wyzwanie budowy miękkich robotów

Naukowcy wciąż mają trudności z budową całkowicie miękkich robotów, ponieważ wymagają one wielu komponentów do zasilania urządzeń, a te urządzenia są sztywne. Miękkie roboty napędzane przez sprężone płyny otwierają nowe możliwości interakcji z delikatnymi obiektami, których nie mogą wykonać tradycyjne sztywne roboty. Dlatego nowy rozwój jest tak istotny.

Badanie zostało opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Zostało ono wsparte przez National Science Foundation i National Robotic Initiative.

Robert J. Wood jest profesorem Harry’ego Lewisa i Marlyna McGratha na wydziale inżynierii i nauk stosowanych SEAS i seniorem autorem badania.

„Dziś sztywne systemy regulacji znacznie ograniczają adaptacyjność i mobilność fluido-napędzanych miękkich robotów”, powiedział Wood. „Tutaj opracowaliśmy miękkie i lekkie zawory do kontrolowania miękkich hydraulicznych aktywatorów, które otwierają możliwości dla miękkich sterowań na pokładzie dla przyszłych fluido-miękkich robotów.”

Miękkie zawory

Chociaż miękkie zawory istnieją już od dawna, żadne z nich nie osiągnęły jeszcze wymaganych ciśnień lub przepływów dla istniejących hydraulicznych aktywatorów. Aby obejść ten problem, zespół opracował nowe elektrycznie napędzane dynamiczne dielektryczne aktywatory elastomerowe, czyli DEA. Z ultra-wysoką gęstością mocy i lekkością, te miękkie aktywatory mogą działać przez setki tysięcy cykli.

Następnie zespół połączył nowe dielektryczne aktywatory elastomerowe z miękkim kanałem, co stworzyło miękkie zawory do kontrolowania fluidów.

Siyi Xu jest studentem na SEAS i pierwszym autorem artykułu.

„Te miękkie zawory mają szybki czas reakcji i są w stanie kontrolować ciśnienie fluidów i przepływy, które odpowiadają potrzebom hydraulicznych aktywatorów”, powiedział Xu. „Te zawory dają nam szybką, potężną kontrolę nad makro- i małoskalowymi hydraulicznymi aktywatorami o wewnętrznej objętości od setek mikrolitrów do dziesiątek mililitrów.”

Badacze wykorzystali zawory DEA do demonstracji kontroli hydraulicznych aktywatorów o różnych objętościach. Byli w stanie osiągnąć niezależną kontrolę nad wieloma aktywatorami zasilanymi przez jedną źródło ciśnienia.

„Ten kompaktowy i lekki zawór DEA jest w stanie osiągnąć bezprecedensową elektryczną kontrolę hydraulicznych aktywatorów, pokazując potencjał dla przyszłej kontroli ruchu na pokładzie miękkich robotów napędzanych fluidami”, powiedział Xu.

Inni współautorzy badania to Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun i Kaitlyn Becker.