“Hjärnlös” mjuk robot navigerar komplexa miljöer i genombrott inom robotteknik

Inom det utvecklande området robotteknik har forskare introducerat ett nytt genombrott: en mjuk robot som inte kräver mänsklig eller datorbaserad ledning för att navigera även i komplexa miljöer. Denna nya uppfinning bygger på tidigare arbete där en mjuk robot visade grundläggande navigationsförmåga i enklare labyrinter.

Att utnyttja fysisk intelligens för navigation

Jie Yin, medförfattare till studien och biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid North Carolina State University, belyser denna utveckling:

“I vårt tidigare arbete visade vi att vår mjuka robot kunde vrida och vända sig genom en mycket enkel hinderbana. Men den kunde inte vända om den inte mötte ett hinder. Denna begränsning gjorde att roboten ibland kunde fastna och studsade fram och tillbaka mellan parallella hinder.”

Han tillade: “Vi har utvecklat en ny mjuk robot som kan vända på egen hand, vilket gör att den kan färdas genom vindlande labyrinter, till och med skira runt rörliga hinder. Allt detta uppnås med hjälp av fysisk intelligens, inte beroende av en dators vägledning.”

Begreppet “fysisk intelligens” betecknar det inbyggda beteendet hos dynamiska föremål, såsom mjuka robotar, definierat av deras struktur och material, snarare än yttre mänsklig eller datorbaserad inverkan.

Denna nya typ av mjuka robotar använder sig av bandformade flytande kristaller. När de placeras på en yta som är varmare än den omgivande luften, särskilt ovanför 55 grader Celsius (131 grader Fahrenheit), kontraherar bandet i kontakt med ytan medan den exponerade delen förblir oförändrad. Denna skillnad utlöser en rullande rörelse, som accelererar med ytans temperatur.

Innovation genom asymmetri

Det distinkta draget hos denna robot ligger i dess design. Till skillnad från dess symmetriska föregångare består den nya versionen av två olika halvor. En del sträcker sig i en rak linje, liknande ett vridet band, medan den andra speglar ett tätt vindat band som spiralformar som en trappa.

Denna avvikelse i designen leder till att ena änden av roboten utövar mer kraft än den andra, vilket resulterar i en icke-linjär rörelse. Yao Zhao, den första författaren till artikeln och en postdoktorand vid NC State, förklarar principen: “Tänk på en plastmugg med en bredare öppning än botten. När du rullar den följer den inte en rak bana utan svänger över en yta. Det är effekten av dess asymmetriska design.”

Zhao förklarar vidare: “Konceptet bakom vår nya robot är ganska enkelt: på grund av dess asymmetriska design kan den vända autonomt utan att behöva komma i kontakt med föremål. Så medan den fortfarande kan ändra sin bana när den möter ett föremål – en egenskap som gör att den kan färdas genom labyrinter – kan den inte fastna mellan parallella barriärer. Dess böjda rörelse låter den effektivt vrida sig ut.”

Tester på denna robot visade dess förmåga att manövrera genom invecklade labyrinter, till och med de med flyttande väggar. Impressionerande kunde den även pressa sig genom springor som var mindre än dess egen storlek. Dessa tester utfördes på olika underlag som metall och sand.

Detta banbrytande arbete introducerar en innovativ synvinkel på mjuka robotdesigner. Som Yin uttalar: “Detta arbete är ett ytterligare steg framåt i att hjälpa oss utveckla innovativa tillvägagångssätt för mjuk robotdesign – särskilt för tillämpningar där mjuka robotar kan utnyttja miljövärmeenergi.”

Såsom världen av robotteknik växer, verkar potentialen för sådana “hjärnlösa” mjuka robotar i realvärldstillämpningar vara obegränsad.