Các nhà nghiên cứu tiên tiến về thế hệ tiếp theo của robot mềm

Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) đã phát triển van mềm được điều khiển bằng điện có thể kiểm soát các bộ phận mềm thủy lực. Theo nhóm nghiên cứu, các van này có thể được áp dụng trong các thiết bị hỗ trợ và điều trị, gắp mềm, robot mềm sinh học, robot phẫu thuật và nhiều hơn nữa.

Thử thách xây dựng robot mềm

Các nhà nghiên cứu vẫn gặp khó khăn trong việc xây dựng hoàn toàn robot mềm vì chúng yêu cầu nhiều thành phần để cung cấp năng lượng cho các thiết bị, và các thiết bị này là cứng. Robot mềm được điều khiển bởi chất lỏng dưới áp suất mở ra những cơ hội mới để tương tác với các vật thể tinh tế, điều mà robot cứng truyền thống không thể làm. Đây là lý do tại sao sự phát triển mới này rất quan trọng.

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Nó được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia và Sáng kiến Robot Quốc gia.

Robert J. Wood là giáo sư Harry Lewis và Marlyn McGrath về Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng tại SEAS và là tác giả chính của nghiên cứu. 

“Hệ thống điều chỉnh cứng ngày nay hạn chế đáng kể khả năng thích ứng và di chuyển của robot mềm được điều khiển bằng chất lỏng,” Wood nói. “Ở đây, chúng tôi đã phát triển van mềm và nhẹ để kiểm soát các bộ phận mềm thủy lực, mở ra khả năng cho các bộ điều khiển mềm trên tàu trong tương lai cho robot mềm được điều khiển bằng chất lỏng.”

Van mềm

Mặc dù van mềm đã tồn tại từ lâu, nhưng chưa có van nào đạt được áp suất hoặc tốc độ dòng chảy cần thiết cho các bộ phận thủy lực hiện có. Để vượt qua điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển các bộ phận mềm mới được điều khiển bằng điện, gọi là bộ phận mềm động điện môi elastomer, hoặc DEA. Với mật độ năng lượng siêu cao và nhẹ, các bộ phận mềm này có thể chạy trong hàng trăm nghìn chu kỳ. 

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các bộ phận mềm mới với một kênh mềm, tạo ra van mềm cho kiểm soát chất lỏng.

Siyi Xu là sinh viên sau đại học tại SEAS và là tác giả đầu tiên của bài báo. 

“Các van mềm này có thời gian phản hồi nhanh và có thể kiểm soát áp suất và tốc độ dòng chảy chất lỏng phù hợp với nhu cầu của các bộ phận thủy lực,” Xu nói. “Các van này cung cấp cho chúng tôi khả năng kiểm soát nhanh và mạnh mẽ các bộ phận thủy lực vĩ mô và nhỏ với thể tích nội bộ từ hàng trăm microlit đến vài mililit.” 

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng van mềm DEA để chứng minh khả năng kiểm soát các bộ phận thủy lực có các thể tích khác nhau. Họ đã đạt được khả năng kiểm soát độc lập các bộ phận khác nhau được cung cấp bởi một nguồn áp suất duy nhất.

“Van DEA này compact và nhẹ, có khả năng kiểm soát điện chưa từng có của các bộ phận thủy lực, cho thấy tiềm năng cho việc điều khiển chuyển động trên tàu trong tương lai của robot mềm được điều khiển bằng chất lỏng,” Xu nói. 

Các đồng tác giả khác của nghiên cứu bao gồm Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun và Kaitlyn Becker.