Forskare utvecklar nästa generations mjuka robotteknik

Forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) har utvecklat elektriskt drivna mjuka ventiler som kan styra hydrauliska mjuka aktuatorer. Enligt teamet kan dessa ventiler användas i hjälp- och terapeutiska enheter, mjuka gripdon, bio-inspirerade mjuka robotar, kirurgiska robotar och mycket mer.

Utmaningen att bygga mjuka robotar

Forskare kämpar fortfarande med att bygga helt mjuka robotar eftersom de kräver många komponenter för att driva enheterna, och dessa enheter är rigida. Mjuka robotar som drivs av trycksatt vätska öppnar upp nya möjligheter att interagera med ömtåliga föremål, vilket traditionella rigida robotar inte kan göra. Detta är varför den nya utvecklingen är så viktig.

Forskningen publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Den stöddes av National Science Foundation och National Robotic Initiative.

Robert J. Wood är en Harry Lewis och Marlyn McGrath Professor of Engineering and Applied Sciences vid SEAS och senior författare till forskningen. 

“Dagens rigida regleringssystem begränsar avsevärt anpassningsförmågan och rörligheten hos fluid-drivna mjuka robotar,” sa Wood. “Här har vi utvecklat mjuka och lätta ventiler för att styra mjuka hydrauliska aktuatorer som öppnar upp möjligheter för mjuka ombordkontroller för framtida fluid-drivna mjuka robotar.”

Mjuka ventiler

Mjuka ventiler har funnits i en tid, men ingen har ännu uppnått det krävda trycket eller flödeshastigheten för befintliga hydrauliska aktuatorer. För att komma runt detta utvecklade teamet nya elektriskt drivna dynamiska dielektriska elastomeraktuatorer, eller DEAs. Med en ultra-hög effekttäthet och lätt vikt kan dessa mjuka aktuatorer köra i hundratusentals cykler. 

Teamet kombinerade sedan de nya dielektriska elastomeraktuatorerna med en mjuk kanal, som skapade en mjuk ventil för fluidisk kontroll.

Siyi Xu är en doktorand vid SEAS och första författare till artikeln. 

“Dessa mjuka ventiler har en snabb svarstid och kan styra fluidiskt tryck och flödeshastigheter som matchar behoven hos hydrauliska aktuatorer,” sa Xu. “Dessa ventiler ger oss snabb, kraftfull kontroll över makro- och småskaliga hydrauliska aktuatorer med intern volym som varierar från hundratals mikroliter till tiotals milliliter.” 

Forskarna använde DEA-mjuka ventiler för att demonstrera kontroll av hydrauliska aktuatorer av olika volymer. De kunde uppnå oberoende kontroll av flera aktuatorer som drivs av en enda tryckkälla.

“Denna kompakta och lätta DEA-ventil är kapabel till utanför jämförelse elektrisk kontroll av hydrauliska aktuatorer, vilket visar potentialen för framtida ombordrörelsekontroll av mjuka fluid-drivna robotar,” sa Xu. 

Andra medförfattare till forskningen inkluderade Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun och Kaitlyn Becker.