Responsive myke roboter inspirert av sputtering ketchup-flaske

Screenshot 465


En good utformet trykkventil lar myke roboter reagere på miljøet uten behov for datakontroll, avslører AMOLF-forskere i sin artikkel i tidsskriftet Matter. Det bringer roboter med naturlige bevegelser og taktile responser som ligner på levende organismer, et skritt nærmere virkeligheten. Slike utviklinger gjør myke roboter mer egnet for å utforske røft og ukjent terreng eller for medisinske bruksområder.

hand bent1

Vi tenker fortsatt ofte på roboter som stive maskiner styrt av en sentral datamaskin som forhåndsberegner hvert trinn. Omvendt beveger levende organismer seg jevnt fordi clever atferd er inngrodd i kroppene deres. Det ville være ideelt for roboter som kontinuerlig må samhandle med mennesker, for eksempel de som brukes i medisinsk behandling. Forskere innen myk robotikk utvikler derfor roboter laget av myke, fleksible materialer som kan reagere på endringer i miljøet uten ekstern veiledning.

Bas Overvelde, leder for Comfortable Robotic Matter Group hos AMOLF: “Vi ønsker å lage roboter uten en sentral datamaskin som kan bevege seg og reagere på omgivelsene deres på grunn av reflekser innebygd i robotens kropp.” I journalen Matter presenterer Overveldes staff en så myk robotic som jobber på lufttrykk uten behov for elektronikk. Den kan gå og endre rytme ved å reagere på miljøet takket være en good designet ventil.

Ketchup flaske

I hjertet av den nye myke roboten er en “hysteretisk ventil”, som er hvordan forskerne refererer til oppfinnelsen deres i sin publikasjon. Utenforstående kan gjenkjenne ventilen som en variant av en ketchupflaskeåpning. “Ventilen sørger for at du enkelt kan dosere ketchupen og at væsken ikke lekker fra flasken,” sier Overvelde: “Males hvis du snur flasken opp ned og klemmer den veldig hardt, sputter ketchupen noen ganger og lager rot. .” Dette skjer når åpningen gjentatte ganger og raskt åpnes og lukkes. Moderne flasker er tilpasset slik at de spruter så lite som mulig, males Overvelde og kollegene hans forsøkte å finne ut om denne normalt uønskede oppførselen kunne tillate en robotic å bevege seg.

valve open closed1

Forskerne startet med en datamodell for å designe egenskaper som stivheten til de små klaffene i ventilåpningen. Etter det ble ventilene produsert ved å helle silikongummi i en presis 3D-printet type. Med laser skjærer de så små hakk i ventilene. Som et resultat av dette produserte de ventiler som normalt er stengt og plutselig åpner når trykket blir høyt nok. Ventilene stenger først igjen når trykket har sunket betraktelig. Hvis du kobler denne typen ventil til en pumpe og reservoar, skaper du automatisk en rytme for å bygge opp trykk og slippe ut luft. Med dette blir musklene til den myke roboten vekselvis oppblåst og avslappet.

Den nye komponenten virker enkel, males ble oppdaget å ha skjulte krefter, sier AMOLF-stipendiat Luuk van Laake. «Da vi bygde en datamodell av to slike ventiler som var koblet til samme reservoar, begynte de å åpne vekselvis med høy presisjon. Det var helt uventet, males det viste seg senere å fungere i praksis også.» Basert på dette prinsippet kunne forskerne bygge en firbeint robotic med en naturlig gangart som ikke trengte noen eksterne kommandoer. Og de klarte også en myk robothånddemonstrator med fem rytmisk bankende fingre.

Reagerer på miljøet

robot enDen final drømmen til myke robotdesignere er en robotic som ikke naked beveger seg, males også reagerer på omgivelsene. Van Laake: “Til syvende og sist vil du ha en robotic som automatisk endrer gangarten hvis den støter på en hindring naked fordi musklene og leddene reagerer på endringen i trykket.”

I laboratoriet viste robotens respons på miljøet seg ganske vellykket allerede. Da forskerne kort lukket et fleksibelt rør ved å klemme det litt, endret trykket i robotkroppen seg og roboten byttet deretter til en annen gangart. “Våre myke roboter reagerer på miljøet uten at en sentral datamaskin trenger å kontrollere det,” forklarer Van Laake.

Effektiv

Vi har fortsatt en lang vei å gå før vi har myke roboter ved sengekanten. Males forskerne er optimistiske med tanke på utsiktene. Overvelde: “Med vår robotic kan du se hvordan enkle komponenter kan brukes til å produsere kompleks oppførsel uten behov for en datamaskin som beregner hver bevegelse.”

Ifølge Van Laake vil en myk robotic som beveger seg på grunn av naturlige reflekser ikke naked spare datamaskinkraft, males også energi. “I levende organismer kommer mye bevegelse og atferd fra kroppens type og muskelmekanikken, i stedet for at hjernen styrer alle bevegelser.” For eksempel balanserer hjertet vårt automatisk trykket i venstre og høyre ventrikkel og vi gjenbruker den elastiske energien som er lagret i senene våre underneath hvert steg vi tar. – Det er utrolig effektivt. Det er fortsatt utrolig mye atferd som skal utforskes på dette feltet.»

gr4 lrg

Figur 4: Potensielle aktiveringssekvenser for en fluidkrets bestående av fem ventiler og aktuatorer plassert parallelt.

Referanse

Lucas C. van Laake, Jelle de Vries, Sevda Malek Kani, Johannes TB Overvelde, En fluidisk avspenningsoscillator for omprogrammerbar sekvensiell aktivering i myke roboterMatter, 8. juli (2022).
doi.org/10.1016/j.matt.2022.06.002

Med tillatelse fra AMOLF.


 

Setter pris på CleanTechnicas originalitet og cleantech-nyhetsdekning? Vurder å bli CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadør – eller beskytter på Patreon.


 

Har du et suggestions til CleanTechnica, vil du annonsere eller foreslå en gjest til vår CleanTech Speak-podcast? Kontakt oss her.

Annonse




cleantechnica newsletter green tesla solar wind energy ev news
admin

Leave a Reply

Your email address will not be published.