Великі розробки наближають нас до повністю бездротових м’яких роботів

Дослідники з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук (SEAS) та Каліфорнійського технологічного інституту розробили нові м’які робототехнічні системи, які надихаються оригамі. Ці нові системи здатні рухатися та змінювати форму у відповідь на зовнішні стимули. Нові розробки наближають нас до повністю бездротових м’яких роботів. М’які роботи, які ми маємо сьогодні, використовують зовнішнє живлення та контроль. Через це вони повинні бути підключені до зовнішніх систем з твердими компонентами.

Дослідження було опубліковано в Science Robotics. Дженніфер А. Льюїс, професор біологічно інспірованого інженерного мистецтва в SEAS та співавтор дослідження, розповіла про нові розробки.

“Спроможність інтегрувати активні матеріали в 3D-друкованих об’єктах дозволяє проектувати та виготовляти цілком нові класи м’якої робототехніки”, – сказала вона.

Дослідники використали оригамі як модель для створення багатофункціональних м’яких роботів. Оригамі, через послідовні складання, здатне змінюватися в декілька форм та функцій, залишаючись в одній структурі. Дослідницька команда використала ліквід-кристалічні еластомери, які можуть змінювати форму при нагріванні. Команда використала 3D-друк для отримання двох типів м’яких шарнірів. Ці шарніри складуються залежно від температури та можуть бути запрограмовані на складання в певному порядку.

Арда Котікан – аспірант SEAS та аспірант школи мистецтв та наук і співавтор статті.

“З нашим методом 3D-друку активних шарнірів, ми маємо повну програмованість температури, кількість крутного моменту, який шарніри можуть прикладати, їх кут нахилу та напрям складання. Наш метод виготовлення дозволяє інтегрувати ці активні компоненти з іншими матеріалами”, – сказала вона.

Коннор Макмахан – аспірант Каліфорнійського технологічного інституту та співавтор статті.

“Використання шарнірів полегшує програмування роботизованих функцій та контроль того, як робот змінюватиме форму. Замість того, щоб весь корпус м’якого робота деформувався у спосіб, який може бути важко передбачити, вам потрібно програмувати тільки кілька малих регіонів вашої структури, щоб вони реагували на зміни температури”, – сказав він.

Команда дослідників створила кілька м’яких пристроїв. Одним із цих пристроїв був бездротовий м’який робот під назвою “Rollbot”. Він починається як пласка листова форма довжиною 8 сантиметрів та шириною 4 сантиметри. Коли він контактує з гарячою поверхнею близько 200°C, одна частина шарнірів складає та формує робота у п’ятикутне колесо.

На кожній з п’яти сторін колеса є ще одна частина шарнірів, які складають при контакті з гарячою поверхнею.

“Багато існуючих м’яких роботів потребують зовнішнього живлення та систем контролю або обмежені кількістю сили, яку вони можуть прикладати. Ці активні шарніри корисні, оскільки вони дозволяють м’яким роботам працювати в середовищах, де бездротові з’єднання є недоцільними, та піднімати об’єкти, які важать у багато разів більше, ніж шарніри”, – сказав Макмахан.

Це дослідження було проведено тільки щодо температури реакцій. У майбутньому ліквід-кристалічні еластомери будуть вивчені далі, оскільки вони також здатні реагувати на світло, pH, вологість та інші зовнішні стимули.

“Ця робота демонструє, як поєднання реактивних полімерів в архітектурній композиції може привести до матеріалів з самоактуацією у відповідь на різні стимули. У майбутньому такі матеріали можуть бути запрограмовані на виконання все більш складних завдань, стираючи межі між матеріалами та роботами”, – сказала К’яра Дараїо, професор механічної інженерії та прикладної фізики в Каліфорнійському технологічному інституті та співавтор дослідження.

Дослідження включало співавторів Емілі С. Девідсон, Джаліла М. Мухаммада та Роберта Д. Вікса. Робота була підтримана Армією досліджень, Гарвардським центром матеріалів досліджень науки та інженерії через Національний науковий фонд та програмою стипендій НАСА з дослідження космічної технології.