Dezvoltări importante ne apropie de roboții moi complet fără legături

Cercetătorii de la Școala de Inginerie și Științe Aplicate Harvard John A. Paulson și Caltech au dezvoltat noi sisteme robotice moi inspirate de origami. Aceste noi sisteme sunt capabile să se miște și să-și schimbe forma în răspuns la stimuli externi. Noile dezvoltări ne apropie de a avea roboți moi complet fără legături. Roboții moi pe care îi avem astăzi folosesc energie și control extern. Din cauza acestui fapt, ei trebuie să fie legați de sisteme externe cu componente dure.

Cercetarea a fost publicată în Science Robotics. Jennifer A. Lewis, profesor Hansjorg Wyss de inginerie inspirată biologic la SEAS și co-autor al studiului, a vorbit despre noile dezvoltări.

“Capacitatea de a integra materiale active în obiecte imprimate 3D permite proiectarea și fabricarea unor clase complet noi de materie robotică moale”, a spus ea.

Cercetătorii au folosit origami ca model pentru a crea roboți moi multifuncționali. Origami, prin pliuri secvențiale, poate schimba forma și funcționalitatea în timp ce rămâne într-o singură structură. Echipa de cercetare a folosit elastomere cu cristale lichide care pot schimba forma atunci când sunt expuse la căldură. Echipa a utilizat imprimarea 3D pentru a obține două tipuri de balamale moi. Aceste balamale se pliază în funcție de temperatură și pot fi programate să se plieze într-o anumită ordine.

Arda Kotikan este student doctorand la SEAS și Școala de Arte și Științe și co-autorul prim al lucrării.

“Cu metoda noastră de imprimare 3D a balamalelor active, avem control complet asupra răspunsului la temperatură, a cantității de cuplu pe care balamalele o pot exercita, a unghiului de îndoire și a orientării plierii. Metoda noastră de fabricație facilitează integrarea acestor componente active cu alte materiale”, a spus ea.

Connor McMahan este student doctorand la Caltech și co-autorul prim al lucrării.

“Folosirea balamalelor face mai ușoară programarea funcțiilor robotice și controlul modului în care un robot va schimba forma. În loc să aveți întregul corp al unui robot moale care se deformează în moduri greu de prezis, trebuie doar să programați cum vor răspunde la schimbările de temperatură câteva regiuni mici ale structurii”, a spus el.

Echipa de cercetători a construit mai multe dispozitive moi. Unul dintre aceste dispozitive a fost un robot moale fără legături numit “Rollbot”. Acesta începe ca o foaie plată de 8 centimetri lungime și 4 centimetri lățime. Atunci când este în contact cu o suprafață caldă de aproximativ 200°C, o serie de balamale se pliază și formează robotul într-o roată pentagonală.

Pe fiecare dintre cele cinci laturi ale roții, există mai multe seturi de balamale care se pliază atunci când sunt în contact cu o suprafață caldă.

“Mulți roboți moi existenți necesită o legătură cu sisteme de energie și control externe sau sunt limitați de cantitatea de forță pe care o pot exercita. Aceste balamale active sunt utile pentru că permit roboților moi să opereze în medii în care legăturile sunt impracticabile și să ridice obiecte de multe ori mai grele decât balamalele”, a spus McMahan.

Această cercetare s-a concentrat exclusiv pe răspunsurile la temperatură. În viitor, elastomerele cu cristale lichide vor fi studiate mai departe, deoarece ele pot răspunde și la lumină, pH, umiditate și alți stimuli externi.

“Această lucrare demonstrează cum combinarea polimerilor receptivi într-un compus arhitecturat poate conduce la materiale cu auto-actuare în răspuns la diferiți stimuli. În viitor, astfel de materiale pot fi programate să execute sarcini din ce în ce mai complexe, estompând granițele dintre materiale și roboți”, a spus Chiara Daraio, profesor de inginerie mecanică și fizică aplicată la Caltech și co-autor al studiului.

Cercetarea a inclus co-autori Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad și Robert D. Weeks. Lucrarea a fost sprijinită de Biroul de Cercetare al Armatei, Centrul de Cercetare Științifică și Inginerie a Materialelor Harvard prin Fundația Națională pentru Știință și Bursa de Cercetare Tehnologică a NASA.