En kerne af løfte i popcorn-drevne robotter

Cornell-forskere har opdaget, hvordan man kan drive simple robotter med et nyt stof, der ved opvarmning, kan udvide sig mere end 10 gange i størrelse, ændre dens viskositet med en faktor 10 og overgang fra regulære til meget uregelmæssige granula med overraskende kraft.

Du kan også spise den med lidt smør og salt.

"Popcorn-drevne robotaktuatorer, "en nylig artikel medforfattet af ph.d.-studerende Steven Ceron, Maskiningeniør, og Kirstin H. Petersen, adjunkt i el- og computerteknik, undersøger, hvordan popcorns unikke kvaliteter kan drive billige robotenheder, der griber, udvide eller ændre stivhed.

"Målet med vores laboratorium er at forsøge at lave meget minimalistiske robotter, som når de er indsat i stort antal, kan stadig udrette store ting, sagde Petersen, der driver Cornell's Collective Embodied Intelligence Lab. "Simple robotter er billige og mindre udsatte for fejl og slid, så vi kan have mange, der opererer selvstændigt over lang tid. Så vi er altid på udkig efter nye og innovative ideer, der vil tillade os at have flere funktionaliteter for mindre, og popcorn er en af ​​dem."

Undersøgelsen er den første til at overveje at drive robotter med popcorn, hvilket er billigt, let tilgængelige, biologisk nedbrydeligt og selvfølgelig spiselig. Da kerner kan udvide sig hurtigt, udøve kraft og bevægelse ved opvarmning, de kunne potentielt drive miniature hopperobotter. Spiselige anordninger kan indtages til medicinske procedurer. Blandingen af ​​hårde, upoppede granulat og lettere poppede majs kunne erstatte væsker i bløde robotter uden behov for luftpumper eller kompressorer.

"Pumper og kompressorer har en tendens til at være dyrere, og de tilføjer en masse vægt og omkostninger til din robot, " sagde Ceron, avisens hovedforfatter. "Med popcorn, i nogle af de demonstrationer, som vi viste, du skal bare bruge spænding for at få kernerne til at springe, så det ville tage alle de omfangsrige og dyre dele ud af robotterne."

Da kerner ikke kan krympe, når de først er sprunget, en popcorn-drevet mekanisme kan generelt kun bruges én gang, selvom flere anvendelser er tænkelige, fordi poppede kerner kan opløses i vand, sagde Ceron.

Forskerne eksperimenterede med Amish Country Extra Small popcorn, som de valgte, fordi mærket ikke brugte tilsætningsstoffer. Den ekstra lille sort havde det højeste ekspansionsforhold af dem, de testede.

Efter at have studeret popcorns egenskaber ved hjælp af forskellige typer opvarmning, forskerne konstruerede tre simple robotaktuatorer – enheder, der bruges til at udføre en funktion.

For en blokerende aktuator, 36 popcornkerner opvarmet med nichromtråd blev brugt til at afstive en fleksibel silikonebjælke. For en elastomer aktuator, de konstruerede en trefingret blød griber, hvis silikonefingre var fyldt med popcorn opvarmet af nichrome tråd. Da kernerne sprang, ekspansionen udøvede tryk mod fingrenes ydre vægge, får dem til at krølle. For en origami aktuator, de foldede genbrugte Newman's Own økologiske popcornposer til origami bælgefolder, fyldte dem med kerner og mikroovnede dem. Udvidelsen af ​​kernerne var stærk nok til at bære vægten af ​​en ni-pund kettlebell.

Artiklen blev præsenteret på IEEE International Conference on Robotics and Automation i maj og var medforfatter af Aleena Kurumunda '19, Eashan Garg '20, Mira Kim '20 og Tosin Yeku '20. Petersen sagde, at hun håber, at det inspirerer forskere til at udforske mulighederne for andre utraditionelle materialer.

"Robotics er rigtig gode til at omfavne nye ideer, og vi kan være super kreative omkring, hvad vi bruger til at generere multifunktionelle egenskaber, " sagde hun. "I sidste ende kommer vi med meget enkle løsninger på ret komplekse problemer. Vi skal ikke altid lede efter højteknologiske løsninger. Nogle gange er svaret lige foran os."

Arbejdet blev støttet af Cornell Engineering Learning Initiative, Cornell Electrical and Computer Engineering Early Career Award og Cornell Sloan Fellowship.