Forskare Skapar Lätta Robotar Inspirerade Av Spindelns Ledgångar

Forskare vid Max Planck-institutet för intelligenta system i Tyskland och vid University of Colorado Boulder i USA har utvecklat nya lätta robotar genom att använda principerna för spindelns ledgångar.

Forskningen med titeln ”Spindelinspirerade elektrohydrauliska aktuatorer för snabba, mjukt aktiverade leder” publicerades i Advanced Science.

Spindlar är ofta en inspirationskälla inom robotiken, särskilt eftersom de rör sina lemmar genom hydrauliska aktiveringsmekanismer när de jagar byte, vilket forskare försöker implementera i robotar.

Genom att använda dessa principer kunde forskarteamet driva artikulerade robotar utan några klumpiga komponenter och anslutningar, vilket hjälper till att undvika att de blir tyngda och ökar rörligheten och hastigheten.

På grund av de lätta och enkla strukturer som används i dess konstruktion kan roboten hoppa 10 gånger sin egen höjd.

https://www.youtube.com/watch?v=XtZSv7ZcoxY

SES-ledgångar

Forskarna förlitade sig på spindelinspirerade elektrohydrauliska mjukt aktiverade leder, eller SES-ledgångar, för att uppnå hög prestanda i robotarna. Ledgångarna kan konfigureras på olika sätt, även utanför en spindelrobot.

Forskningsartikeln beskriver en tvåvägsled, en multi-segmenterad konstgjord lem och en tre-fingerad gripare, som kan användas för att gripa och plocka upp föremål. Alla dessa skapelser har liknande egenskaper. De är lätta, enkla och visar hög prestanda, vilket gör dem användbara för robotiska system som kräver snabb rörelse och interagerar med olika miljöer.

SES-ledgångarna baserades på HASEL-tekniken som tidigare uppfunnits av teamet för att bygga konstgjorda muskler. SES-ledgångarna imiterar en exoskelett-mekanism som har både rigida och mjukare element, liknande sättet en spindel sträcker ut sina ben genom hydrauliska krafter.

Utveckling av spindelinspirerade robotar

Forskarna skapade först en flexibel påse av tunna plastfilmer, som fylldes med en flytande dielektrikum. Elektroder placerades sedan på varje sida av påsen, och fickorna fungerade som aktuatorer, med den hydrauliska kraften genererad genom elektrostatiska krafter.

Påsen är ansluten till ett roterande led, och när en hög spänning appliceras mellan elektroder, skiftar dielektrikumet inuti påsen och leden böjer sig. SES-ledgångar kan rotera upp till 70 grader, vilket leder till höga vridmoment, och de kan återgå till startpositionen mycket lätt.

Christoph Keplinger är chef för avdelningen för robotiska material vid Max Planck-institutet för intelligenta system.

”SES-ledgångarna är mycket enkla och lätta, eftersom det inte finns några perifera komponenter som väger ner roboten”, säger Keplinger. ”Många tillämpningar för mjuka robotar kräver flexibla aktuatorer. Dessa spindelinspirerade leder tillåter hög funktionalitet och förbrukar bara lite kraft, de är lätta och billiga att tillverka – plasten vi använder är för matförpackningar – och deras produktion är lätt skalbar. Detta är alla egenskaper som är kritiska för designen av robotar som kan röra sig på många olika sätt och manipulera en mängd olika föremål utan att bryta dem.”

Forskarna demonstrerade flexibiliteten hos SES-ledgångarna genom tillämpningen av en tre-fingerad gripare. Om griparen hade förlitat sig på en muskel-liknande struktur, skulle den ha varit blockerad när den försökte gripa ett föremål. Men med SES-ledgångarna som gångjärn, krävs mycket mindre utrymme.

Nicholas Kellaris är första författare till artikeln.

”Forskningen sticker ut eftersom vi kan använda en mängd olika material, till och med plasten som används för att göra chips-påsar för att skapa påsarna”, säger Kellaris. ”På så sätt kan vi implementera SES i en mängd olika geometrier med specifikt justerade aktiverings-egenskaper.”

Phillip Rothemund är andra författare till publikationen.

”Vårt slutgiltiga mål med vår forskning var inte att skapa en spindel-robot”, tillägger Rothemund. ”Vi ville utveckla en toppmodernt, aktiv led som du kan sätta i vilken typ av robot som helst.”