Kamæleoners tungeangreb inspirerer hurtigt virkende robotter

Kamæleoner, salamandere og mange tudser bruger lagret elastisk energi til at sende deres klæbrige tunger mod intetanende insekter, der ligger op til halvanden kropslængder væk, fanger dem inden for en tiendedel af et sekund.

Ramses Martinez, en assisterende professor i Purdue's School of Industrial Engineering og i Weldon School of Biomedical Engineering i Purdue University's College of Engineering og andre Purdue-forskere ved FlexiLab har udviklet en ny klasse af helt bløde robotter og aktuatorer, der er i stand til at genskabe bioinspirerede højkraftige og højhastighedsbevægelser ved hjælp af lagret elastisk energi. Disse robotter er fremstillet ved hjælp af strækbare polymerer, der ligner gummibånd, med interne pneumatiske kanaler, der udvider sig ved tryk.

Den elastiske energi i disse robotter lagres ved at strække deres krop i en eller flere retninger under fremstillingsprocessen efter naturinspirerede principper. Svarende til kamæleonens tungeangreb, en forspændt pneumatisk blød robot er i stand til at udvide sig fem gange sin egen længde, fange en levende fluebille og hente den på kun 120 millisekunder.

"Vi troede, at hvis vi kunne fremstille robotter, der er i stand til at udføre sådanne store amplitudebevægelser ved høj hastighed som kamæleoner, så kunne mange automatiserede opgaver udføres mere præcist og på en meget hurtigere måde, " sagde Martinez. "Konventionelle robotter er normalt bygget ved hjælp af hårde og tunge komponenter, der bremser deres bevægelse på grund af inerti. Vi ønskede at overvinde den udfordring."

Denne teknologi er offentliggjort i 25. oktober-udgaven af Avancerede funktionelle materialer . En video, der viser denne insektfangende robot:

Mange fugle, som den tretåede spætte, opnå nul-power perching ved at bruge den elastiske energi, der er lagret i de belastede sener på bagsiden af ​​deres ben, så de ikke falder ned fra en siddepinde, når de sover. Disse fugles anatomi har tjent som et eksempel på at muliggøre fremstillingen af ​​robotgribere, der er i stand til nul kraft, der holder op til 100 gange deres vægt og sidder på hovedet fra vinkler på op til 116 grader.

Tilpasningen af ​​de bløde arme på disse gribere til den grebne genstand maksimerer kontaktområdet, forbedrer grebet og letter højhastighedsfangst og nul-kraftholding. En video, der viser, hvordan disse fugleinspirerede bløde robotgribere fanger en bold, der bevæger sig med 10 millimeter i sekundet på kun 65 millisekunder, er tilgængelig nedenfor:

En video, der viser, hvordan disse gribere kan sidde på hovedet fra vinkler op til 116 grader:

Nogle planter ved også, hvordan man udnytter elastisk energi til at opnå højhastighedsbevægelse ved hjælp af "fældemekanismer". Venus fluefælden bruger den elastiske energi, der er lagret i dens bistabile, buede blade for hurtigt at lukke på bytte, der udforsker deres indre overflade.

Inspireret af fældemekanismen fra Venus-fluefælden og studerer, hvordan firben fanger insekter, Purdue holdet skabte en blød robot Venus fluefælde, som lukker på kun 50 millisekunder efter at have modtaget en kort trykstimulus. En højhastighedskameravideo, der viser lukningen i et snuptag af denne bløde robotiske Venus-fluefælde:

Martinez sagde, at disse nye forspændte bløde robotter har flere væsentlige fordele i forhold til eksisterende bløde robotsystemer. Først, de udmærker sig ved at gribe, holde og manipulere en lang række genstande ved høj hastighed. De kan bruge den elastiske energi, der er lagret i deres forspændte elastomere lag til at holde genstande op til 100 gange deres vægt uden at forbruge ekstern strøm.

Deres bløde hud kan nemt mønstres med anti-slip mikropigge, hvilket markant øger deres trækkraft og gør dem i stand til at sidde på hovedet over længere perioder og letter indfangningen af ​​levende bytte.

"Vi forestiller os, at de design- og fremstillingsstrategier, der foreslås her, vil bane vejen mod en ny generation af helt bløde robotter, der er i stand til at udnytte elastisk energi til at opnå hastigheder og bevægelser, der i øjeblikket er utilgængelige for eksisterende robotter, " sagde Martinez.