Robotovergange fra blød til stiv

Selv blæksprutter forstår vigtigheden af ​​albuer. Når disse squishy, løsblæste blæksprutter skal foretage en præcis bevægelse-såsom at føre mad ind i munden-musklerne i deres tentakler trækker sig sammen for at skabe et midlertidigt revolverled. Disse led begrænser armens wobbliness, muliggøre mere kontrollerede bevægelser.

Nu, forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering har vist, hvordan en flerlagsstruktur kan tillade robotter at efterligne blæksprutteens kinematik, oprette og fjerne led på kommando. Strukturen kan også give robotter mulighed for hurtigt at ændre deres stivhed, dæmpning, og dynamik.

Forskningen blev offentliggjort i to artikler i Avancerede funktionelle materialer og IEEE Robotics and Automation Letters .

"Denne forskning hjælper med at bygge bro mellem blød robotik og traditionel stiv robotteknologi, "sagde Yashraj Narang, første forfatter til både studier og kandidatstuderende ved SEAS. "Vi mener, at denne klasse af teknologi kan fremme en ny generation af maskiner og strukturer, der ikke bare kan klassificeres som bløde eller stive."

Strukturen er overraskende enkel, bestående af flere lag fleksibelt materiale indpakket i en plasthylster og forbundet til en vakuumkilde. Uden vakuum, strukturen opfører sig nøjagtigt, som du ville forvente, bøjning, vride og floppe uden at holde form. Men når der påføres et vakuum, den bliver stiv og kan holde vilkårlige former, og det kan støbes til yderligere former.

Denne overgang er resultatet af et fænomen kaldet laminar jamming, hvor anvendelsen af ​​tryk skaber friktion, der stærkt kobler en gruppe fleksible materialer.

"Friktionskræfterne, der genereres af trykket, virker som lim, "sagde Narang." Vi kan kontrollere stivheden, dæmpning, kinematik, og dynamik i strukturen ved at ændre antallet af lag, justere det tryk, der påføres det, og justering af afstanden mellem flere stakke lag. "

Forskergruppen, som også omfattede Robert Howe, Abbott og James Lawrence professor i teknik, Joost Vlassak, Abbott og James Lawrence professor i materialeteknik, og Alperen Degirmenci, en kandidatstuderende i SEAS, udførligt modelleret den mekaniske adfærd ved laminarstop for bedre at kontrollere dens kapaciteter.

Næste, de byggede virkelige enheder ved hjælp af strukturer, herunder en tofingret griber, der, uden vakuum, kunne vikle rundt og holde på store genstande og, med et vakuum, kunne knibe og holde på små genstande på størrelse med en marmor.

Forskerne demonstrerede også strukturens evner som støddæmpere ved at vedhæfte dem til en drone som landingsstel. Teamet justerede stivheden og dæmpningen af ​​konstruktionerne for at absorbere påvirkningen af ​​landing.

Strukturen er et proof-of-concept, der kan have mange applikationer i fremtiden, fra kirurgiske robotter til bærbare enheder og fleksible højttalere.

"Vores arbejde har forklaret fænomenet laminarstop og vist, hvordan det kan give robotter en meget alsidig mekanisk adfærd, "sagde Howe, seniorforfatter af papiret. "Vi tror på, at denne teknologi i sidste ende vil føre til robotter, der kan skifte tilstand mellem bløde, kontinuerlige enheder, der sikkert kan interagere med mennesker, og stiv, diskrete enheder, der kan opfylde kravene til industriel automatisering. "