Выпучивания, внезапная потеря структурной устойчивости, как правило, материалов инженерных кошмары. Механические потери устойчивости означает катастрофического отказа для каждой структурной системы от ракет до суфле. Вот что является причиной разливов нефти Дипуотер Horizon в 2010 году, среди многих других бедствий.
Но, как любой, кто когда-либо играл с игрушкой попер знает, застегивая также высвобождает большое количество энергии. Когда структура поппер пряжки, энергия, выделяющаяся при нестабильности посылает игрушка летающий по воздуху. Теперь, исследователя от школы Гарварда Джон А. Полсон инженерных и прикладных наук (Seas) и Института Висса Гарвардского университета по биологически вдохновленный инженерии использовали эту энергию и использовать потери устойчивости в своих интересах, чтобы построить быстро движущиеся, мягкие надувные привода.
Результаты исследования были опубликованы в науке роботехники.
«Мягкие роботы имеют огромный потенциал для широкого спектра применений, начиная от минимально инвазивных хирургических инструментов и экзоскелеты на склад захваты и видео дополнения к играм», — сказал Бенджамин Gorissen, постдокторант в морях и co-первый автор бумаги. «Но приложения для мягкой приводы имеют ограничения по скорости».
Жидкостная мягкая приводы, как правило, будет медленным для питания и двигаться вперед, потому что нужно много жидкости и поток, будь то газ или жидкость, ограничен пробок и клапанов в устройства.
«В этой работе, мы показали, что мы можем использовать эластичный неустойчивостей, чтобы преодолеть это ограничение, позволяя отвязать медленный вход от выхода и быстро-прыжки жидкостный мягкий привод», — сказал Дэвид Меланкон, аспирант в морях и co-первый автор бумаги.
«Этот привод представляет собой строительный блок, который может быть интегрирован в полностью мягкие роботизированные системы, чтобы дать мягкие роботы, которые уже могут ползать, ходить и плавать в умении прыгать,» — говорит Катя Бертольди, Уильям и Ами Куан Дэноф профессор прикладной механики в морях и старший автор исследования. «Благодаря включению нашего прыгуна в эти проекты, эти роботы могли бы безопасно передвигаться по неизведанным ландшафтам.»
Бертольди является ассоциированным членом факультета Института Висс.
Исследователи опирались на один и тот же тип устойчивости, который разгоняет игрушку попперс, известный как оболочка разрушается. Группа разработала приводы с двумя сферическими крышками-по сути две попперс — отлично вместе, как русские матрешки и соединены у основания. По инфляции, давление между двумя крышками. Чем тоньше внешняя крышка расширяется, в то время как толстый внутренний пряжки крышка и падает, ударяясь о землю и подняв аппарат в воздух.
Хотя устройство кажется простым, понимания фундаментальной физики в игре имеет первостепенное значение для управления и оптимизации производительности робота. Большинство предыдущих исследований в оболочку потери устойчивости изучается как этого избежать, но Gorissen, melancon и остальная часть команды хотела увеличить нестабильность.
Как судьба бы его, одного из пионеров исследования потери устойчивости оболочки находится всего двумя этажами ниже от команды Бертольди в Пирс зале. Профессор Джон У. Хатчинсон, который вступил в Гарвардский факультет в 1964 году, разработал некоторые из первых теорий для описания и количественной оценки потери устойчивости оболочечных конструкций.
«Наше исследование светит по-иному взглянуть на некоторые теории [Хатчинсона] и что позволяет применять их в различных исследовательских домен», — сказал Gorissen.
«Это было здорово, чтобы иметь возможность получить обратную связь от одного из пионеров в области», — сказал Меланкон. «Он разработал теорию, чтобы не допустить провала, и теперь мы используем его, чтобы вызвать коробление.»
Используя существующие теории, а также более поздние численного моделирования, исследователи были в состоянии характеризовать и настройку громкости давлении отношений между двумя оболочками для разработки мягких роботов, способных быстро высвобождая определенное количество энергии снова и снова. Данный подход может быть применен к любой формы и любого размера. Он может быть использован во всем, от небольшой медицинский прибор для прокола в Вену или в крупных поисковых роботов, чтобы пройти пересеченной местности.
Исследования выполнены в соавторстве Николаос Vasios и Торбати Мехди. Она была частично поддержана Национальным научным фондом за счет грантов ДМР-1420570 и DMR-1922321.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!