Các nhà khoa học tạo ra robot nhẹ dựa trên khớp của nhện

Các nhà khoa học tại Viện Hệ thống Thông minh Max Planck ở Đức và tại Đại học Colorado Boulder ở Hoa Kỳ đã phát triển các robot nhẹ mới bằng cách sử dụng các nguyên tắc của khớp nhện.

Nghiên cứu có tiêu đề “Bộ phận điện thủy lực lấy cảm hứng từ nhện cho các khớp mềm nhanh” đã được xuất bản trên Tạp chí Khoa học Tiên tiến.

Nhện thường là nguồn cảm hứng trong lĩnh vực robot, đặc biệt là khi chúng di chuyển chân thông qua cơ chế thủy lực khi săn mồi, điều mà các nhà khoa học cố gắng thực hiện trong robot.

Bằng cách sử dụng các nguyên tắc này, nhóm các nhà khoa học đã có thể điều khiển robot khớp mà không có các thành phần cồng kềnh và kết nối, giúp tránh làm cho robot nặng và tăng khả năng di chuyển và tốc độ.

Do cấu trúc đơn giản và nhẹ được sử dụng trong xây dựng, robot có thể nhảy 10 lần chiều cao của nó.

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

Khớp SES

Các nhà khoa học dựa vào khớp mềm điện thủy lực lấy cảm hứng từ nhện, hoặc khớp SES, để đạt được hiệu suất cao trong robot. Các khớp này có thể được cấu hình theo nhiều cách, thậm chí bên ngoài một robot nhện.

Bài báo nghiên cứu mô tả một khớp hai chiều, một chi nhân tạo nhiều đoạn và một kẹp ba ngón tay, có thể được sử dụng để nắm và nhặt các vật thể. Tất cả các sáng tạo khác nhau đều có các đặc điểm tương tự. Chúng đều nhẹ, đơn giản và có hiệu suất cao, có nghĩa là chúng hữu ích cho các hệ thống robot yêu cầu chuyển động nhanh và tương tác với các môi trường khác nhau.

Khớp SES dựa trên công nghệ HASEL trước đó được nhóm phát minh để xây dựng cơ bắp nhân tạo. Khớp SES mô phỏng một cơ chế ngoài khung xương có cả các yếu tố cứng và mềm, tương tự như cách nhện kéo dài chân thông qua lực thủy lực.

Phát triển Robot lấy cảm hứng từ Nhện

Các nhà khoa học đầu tiên tạo ra một túi linh hoạt làm từ các tấm nhựa mỏng, được lấp đầy bằng một chất điện môi lỏng. Các điện cực được đặt trên mỗi bên của túi, và các túi hoạt động như các bộ phận, với sức mạnh thủy lực được tạo ra thông qua lực tĩnh điện.

Túi được kết nối với một khớp quay, và khi một điện áp cao được áp dụng giữa các điện cực, chất điện môi lỏng di chuyển bên trong túi và khớp uốn. Khớp SES có thể quay lên đến 70 độ, dẫn đến mô-men xoắn cao, và chúng có thể quay trở lại vị trí ban đầu rất dễ dàng.

Christoph Keplinger là Giám đốc Bộ phận Vật liệu Robot tại Viện Hệ thống Thông minh Max Planck.

“Khớp SES rất đơn giản và nhẹ, vì không có các thành phần ngoại vi làm cho robot nặng”, Keplinger nói. “Nhiều ứng dụng cho robot mềm yêu cầu các bộ phận có tính linh hoạt cao. Các khớp lấy cảm hứng từ nhện này cho phép có chức năng cao và tiêu thụ rất ít năng lượng, chúng dễ dàng và rẻ để sản xuất – nhựa chúng tôi đang sử dụng là cho bao bì thực phẩm – và sản xuất của chúng dễ dàng mở rộng quy mô. Đây đều là những tính chất quan trọng cho thiết kế robot, có thể di chuyển theo nhiều cách khác nhau và thao tác nhiều vật thể khác nhau mà không làm hỏng chúng.”

Các nhà khoa học đã chứng minh tính linh hoạt của khớp SES thông qua ứng dụng của một kẹp ba ngón tay. Nếu kẹp dựa trên một cấu trúc giống như cơ, nó sẽ bị cản trở khi cố gắng nắm một vật thể. Nhưng với khớp SES làm bản lề, không gian yêu cầu ít hơn.

Nicholas Kellaris là tác giả đầu tiên của bài báo.

“Nghiên cứu nổi bật vì chúng tôi có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, thậm chí nhựa dùng để làm túi khoai tây chiên để tạo ra các túi”, Kellaris nói. “Như vậy, chúng tôi có thể thực hiện SES trong nhiều hình học khác nhau với các đặc tính hoạt động cụ thể.”

Phillip Rothemund là tác giả thứ hai của bài báo.

“Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu của chúng tôi không phải là tạo ra một robot nhện”, Rothemund thêm. “Chúng tôi muốn phát triển một khớp hoạt động tiên tiến, có thể đặt vào bất kỳ loại robot nào.”