Ingenjörer skapar en robot som kan röra sig som en inchworm

Forskningsingenjörer från University of Toronto har utvecklat en liten robot som kan röra sig på ett sätt som liknar en inchworm. Denna nyligen utvecklade teknik kan ha en inverkan på olika branscher, inklusive flyg och smart teknik. 

Forskningen publicerades i Scientific Reports. 

Gruppen av ingenjörsforskare inkluderar Professor Hani Naguib. Teamet fokuserar på smarta material, särskilt elektrotermiska aktuatorer (ETAs). ETAs är enheter som tillverkas av vissa polymerer som kan programmeras så att de fysiskt svarar på elektriska eller termiska förändringar. De kan programmeras så att de imiterar muskelsammandragningar, och de kan reagera fysiskt på temperatur genom att dra ihop sig i kylan och slappna av när de blir varma. 

Professor Naguib och teamet av ingenjörer använder denna nya teknik inom robotik, och de utvecklar mjuka robotar som kan krypa och rulla som en inchworm. Ett annat område där de kommer att vara viktiga är inom tillverkningsindustrin. De mjuka robotarna kunde ersätta vissa metallplattor som finns idag. 

“Just nu är robotarna du hittar i industrin tunga, solida och avskilda från arbetare på fabriksgolvet, eftersom de utgör säkerhetsrisker,” förklarar Naguib.

“Men tillverkningsindustrin moderniseras för att möta efterfrågan. Alltmer finns det ett fokus på att införa mänsklig-robotinteraktion,” säger han. “Mjuka, anpassningsbara robotar kan utnyttja den samarbetet.”

Studiet av responsiva material har funnits länge, men gruppen av ingenjörer upptäckte ett nytt sätt att programmera dem för att skapa inchworm-robotrörelser. 

Enligt PhD-studenten och artikelförfattarens huvudförfattare, Yu-Chen (Gary) Sun, “Existerande forskning dokumenterar programmering av ETAs från en platt vila. Formprogrammerbarheten av en tvådimensionell struktur är begränsad, så svaret är bara en böjningsrörelse.”

Teamet använde en termisk inducerad, spänning-relaxation och härdningsmetod för att skapa en ETA som har en tredimensionell vila. Detta medför en hel ny uppsättning möjliga former och rörelser. 

“Vad som också är nytt är den effekt som krävs för att framkalla inchworm-rörelsen. Vår är mer effektiv än allt som har funnits i forskningslitteraturen hittills,” säger Sun.

Enligt Professor Naguib kan detta nya fält av robotik helt revolutionera många branscher, inklusive säkerhet, flyg, kirurgi och bärbara elektronik. 

I situationer där människor kan vara i fara – en gasläcka eller en brand – kunde vi utrusta en krypande robot med en sensor för att mäta den farliga miljön,” förklarar Naguib. “Inom flyg kunde vi se smarta material som nyckeln till nästa generations flygplan med vingar som kan förändras.”

De första tillämpningarna kommer troligen att vara inom området bärbar teknik. 

“Vi arbetar för att applicera detta material på kläder. Dessa kläder skulle kunna komprimera eller släppa baserat på kroppstemperatur, vilket kunde vara terapeutiskt för idrottare,” säger Naguib. Teamet studerar också om smarta kläder kunde vara fördelaktiga för ryggmärgsskador.

Teamet av forskare kommer nu att fokusera på att göra den responsiva krypande rörelsen snabbare, och de kommer att fokusera på nya konfigurationer. 

“I det här fallet har vi tränat den att röra sig som en mask,” säger han. “Men vår innovativa metod betyder att vi kunde träna robotar att imitera många rörelser – som vingarna på en fjäril.”