Самостоятельно складной ‘Rollbot’ прокладывает путь для полностью отвязанный мягких роботов

Большинство мягких роботов сегодня полагаться на внешний источник питания и управления, держа их на привязи, чтобы от бортовых систем или сфальсифицированы с твердыми компонентами. Теперь, исследователи из Гарварда Джон А. Полсон Школы инженерных и прикладных наук (Seas) и Калифорнийского технологического института разработали мягкий робототехнических систем, вдохновленный оригами, которые могут двигаться и менять форму в ответ на внешние раздражители, прокладывая путь для полностью отвязанный мягких роботов.

Результаты исследования были опубликованы в науке роботехники.

«Способность интегрировать активные вещества в 3D-печатных объектов включает в себя проектирование и изготовление совершенно новых видов мягких роботов», — сказал Дженнифер А. Льюис, Хансйорг Висс профессор биологически вдохновленный инженерии в морях и со-ведущий автор исследования.

Исследователи обратились к оригами для создания многофункциональных мягких роботов. Через последовательные складки, оригами может кодировать несколько форм и функций в единую структуру. Использование материалов, известных как жидкокристаллические эластомеры, которые меняют форму под воздействием тепла, исследовательская группа 3D-печатных двумя типами мягких петлях, которые складываются при разных температурах и, следовательно, может быть запрограммирован, чтобы сложить в определенном порядке.

«С нашим методом 3D-печати активно петель, у нас есть полная возможность программирования температурной реакции, величину крутящего момента петли могут оказывать, их угол сгиба, и сложить ориентации. Наш способ изготовления способствует интеграции этих активных компонентов с другими материалами», — сказал Арда Kotikian, аспирант в морях и Высшая школа искусств и наук и co-первый автор бумаги.

«На петлях упрощает Программирование робототехнических функции и контролировать, как робот изменит форму. Вместо того, весь корпус мягкого робота деформируется таким образом, что может быть трудно предсказать, вам нужно только программу, как несколько небольших регионов ваша структура будет реагировать на перепады температуры», — сказал Конор Макмахон, аспирант Калифорнийского технологического института и co-первый автор бумаги.

Чтобы продемонстрировать этот метод, Kotikian, Макмахан, и команда построили несколько мягких устройств, в том числе неуправляемые мягкий робот по прозвищу «Rollbot». В Rollbot начинается как плоский лист, около 8 сантиметров и шириной 4 сантиметра. При размещении на горячей поверхности около 200°С, один комплект петель створки и робот кудри, в пятиугольное колесо.

Еще один набор петель встроенных на каждой из пяти сторон колеса. Шарнир складки при контакте с горячей поверхностью, приводящие в движение колеса, чтобы повернуть на соседнюю сторону, где на следующий шарнир складки. Как они скатываются по горячей поверхности, петли разворачиваются и готовы к следующему циклу.

«Многие существующие мягкие роботы требуют троса к внешнему источнику питания и систем управления ими, или ограничены количеством сил они могут оказать. Эти активные петель полезны, поскольку они позволяют мягких роботов для работы в средах, где тросов нецелесообразно и поднимать предметы во много раз тяжелее, чем петли», — сказал Макмахан.

Другое устройство, при нахождении в горячей среде, можно сложить в компактную сложенную фигуру, напоминающую скрепку и разогните себя при охлаждении.

«Эти неуправляемые структуры могут быть пассивно контролируется», — сказал Kotikian. «Другими словами, все, что нам нужно сделать, это разоблачать структур в конкретных условиях температуры, и они будут отвечать в соответствии с тем, как мы запрограммированы с петель.»

Хотя данное исследование сосредоточено только на температуру реакции, жидкокристаллические эластомеры также могут быть запрограммированы, чтобы реагировать на свет, рН среды, влажность и другие внешние раздражители.

«Это работает показывает, как сочетание гибкой полимеров в подборе композита может привести к материалов с собственн-возбуждения в ответ на различные раздражители. В будущем, такие материалы могут быть запрограммированы для выполнения все более сложных задач, размывая границы между материалами и роботов», — сказал Daraio Кьяра, профессор машиностроения и прикладной физики в Калифорнийском технологическом институте и со-ведущий автор исследования.

Данное исследование в соавторстве с Эмили К. Дэвидсон, М. Jalilah Мухаммада, и Роберт Д. недель. Она была поддержана исследовательского бюро армии и Гарвардского материалы научно-инженерный центр через Национальный научный фонд, НАСА космической техники научного общения.