Forskare kan fjärrstyra och omkonfigurera mjuka robotar

 Forskare från North Carolina State University och Elon University har utvecklat en ny teknik för att fjärrstyra och omkonfigurera mjuka robotar. De kunde styra robotarna, låsa dem i en position och omkonfigurera dem så att de kunde bli olika former. Forskarteamet kunde utveckla detta med hjälp av ljus och magnetfält. 

Joe Tracy, en av professorerna i materialvetenskap och teknik vid NC State och författare till artikeln om den nya forskningen, talade om utvecklingen. 

“Vi är särskilt entusiastiska över omkonfigurerbarheten”, sa han. “Genom att utforma materialets egenskaper kan vi styra den mjuka robotens rörelse på distans; vi kan få den att hålla en given form; vi kan sedan återställa roboten till dess ursprungliga form eller ytterligare modifiera dess rörelse; och vi kan göra detta upprepade gånger. Allt detta är värdefullt i termer av denna tekniks nytta inom biomedicin eller rymdteknik.” 

De mjuka robotarna som forskarna använde skapades av polymer som innehöll magnetiska järnmikropartiklar. Vanligtvis är detta material inte flexibelt och förblir i sin form. Vad som skiljer sig i materialet som forskarna använde är att när de värmdes upp med hjälp av ljus från en lysdiod (LED), blev polymeren formbar. 

Forskarna använde sedan ett magnetfält för att fjärrstyra och kontrollera formen på de mjuka robotarna. När roboten var i den form som forskarna önskade, tog de bort LED-ljuset. När ljuset var borta, blev roboten styv igen. Den här gången var den i den nya formen. LED-ljuset applicerades sedan igen och magnetfältet togs bort. Vid det här laget kunde de mjuka robotarna återgå till sin ursprungliga form. Om de inte ville att roboten skulle återgå till sin ursprungliga form, kunde de applicera ljuset igen och använda magnetfältet för att skapa ännu fler former. 

Dessa mjuka, formbara robotar har potentialen att användas för många olika saker. Forskarna kunde använda dem för att lyfta och transportera föremål, och de användes också som konsoler. 

Jessica Liu, den första författaren till artikeln, talade om den nya tekniken. 

“Vi är inte begränsade till binära konfigurationer, som en gripdon som antingen är öppen eller stängd”, sa hon. “Vi kan styra ljuset för att säkerställa att en robot håller sin form vid vilken punkt som helst.”

Forskarna skapade också en beräkningsmodell. Den kan användas för att skapa en snabbare och mer effektiv mjuk robotdesignprocess. De kan justera robotens form, polymerens tjocklek, mängden järnmikropartiklar i polymeren och storleken och riktningen på magnetfältet. Allt detta kan göras innan de konstruerar prototypen. 

“Nästa steg inkluderar att optimera polymeren för olika tillämpningar”, sa Joe Tracy. “Till exempel, att utforma polymerer som svarar vid olika temperaturer för att möta specifika tillämpningar.” 

Forskarnas artikel publicerades i tidskriften Science Advances. Den heter “Photothermally Magnetically Controlled Reconfiguration of Polymer Composites for Soft Robotics.” 

Medförfattarna inkluderar Jonathan Gillen, tidigare undergraduate vid NC State; Sumeet Mishra, tidigare doktorand vid NC State; och Benjamin Evans, biträdande professor i fysik vid Elon University.