Stanfords ingeniører skaber formændrende, fritgående blød robot

Fremskridt inden for blød robotik kunne en dag tillade robotter at arbejde sammen med mennesker, hjælpe dem med at løfte tunge genstande eller bære dem uden for fare. Som et skridt mod den fremtid, Stanford University-forskere har udviklet en ny slags blød robot, der ved at låne funktioner fra traditionel robotteknologi, er sikker, mens den stadig bevarer evnen til at bevæge sig og ændre form.

"En væsentlig begrænsning for de fleste bløde robotter er, at de skal fastgøres til en voluminøs luftkompressor eller tilsluttes en væg, som forhindrer dem i at bevæge sig, " sagde Nathan Usevitch, en kandidatstuderende i maskinteknik ved Stanford. "Så, vi undrede os:Hvad hvis vi holdt den samme mængde luft i robotten hele tiden?"

Fra det udgangspunkt, forskerne endte med en blød robot i menneskeskala, der kan ændre sin form, giver den mulighed for at gribe og håndtere genstande og rulle i kontrollerbare retninger. Deres opfindelse er beskrevet i et papir offentliggjort 18. marts i Videnskab robotik .

"Den afslappede beskrivelse af denne robot, som jeg giver til folk, er Baymax fra filmen Big Hero 6 blandet med Transformers. Med andre ord, en blød, menneskesikker robot blandet med robotter, der dramatisk kan ændre deres form, " sagde Usevitch.

En kombination af mange robotter

Den enkleste version af denne squishy robot er et oppustet rør, der løber gennem tre små maskiner, der kniber det til en trekantet form. En maskine holder de to ender af røret sammen; de to andre kører langs røret, ændre robottens overordnede form ved at flytte dens hjørner. Forskerne kalder det en "isoperimetrisk robot", fordi selvom formen ændrer sig dramatisk, den samlede længde af kanterne - og mængden af ​​luft indeni - forbliver den samme.

Den isoperimetriske robot er en efterkommer af tre typer robotter:bløde robotter, truss-robotter og kollektive robotter. Bløde robotter er lette og kompatible, truss-robotter har geometriske former, der kan ændre form, og kollektive robotter er små robotter, der arbejder sammen, hvilket gør dem særligt stærke i lyset af enkeltpartsfejl.

"Vi manipulerer dybest set en blød struktur med traditionelle motorer, " sagde Sean Follmer, adjunkt i maskinteknik og co-senior forfatter af papiret. "Det giver en virkelig interessant klasse af robotter, der kombinerer mange af fordelene ved bløde robotter med al den viden, vi har om mere klassiske robotter."

For at lave en mere kompleks version af robotten, forskerne knytter blot flere trekanter sammen. Ved at koordinere bevægelserne af de forskellige motorer, de kan få robotten til at udføre forskellig adfærd, såsom at samle en bold op ved at opsluge den på tre sider eller ændre robottens massecenter for at få den til at rulle.

"En vigtig forståelse, vi udviklede, var, at at skabe bevægelse med en stor, blød pneumatisk robot, du behøver faktisk ikke at pumpe luft ind og ud, " sagde Elliot Hawkes, assisterende professor i maskinteknik ved University of California, Santa Barbara og co-senior forfatter af papiret. "Du kan bruge den luft, du allerede har, og bare flytte den rundt med disse simple motorer; denne metode er mere effektiv og lader vores robot bevæge sig meget hurtigere."

Fra det ydre rum til din stue

Området for blød robotteknologi er relativt ungt, hvilket betyder, at folk stadig finder ud af de bedste applikationer til disse nye kreationer. Deres sikre, men robuste blødhed kan gøre dem nyttige i hjem og arbejdspladser, hvor traditionelle robotter kan forårsage skade. Squishy robotter er også tiltalende som værktøjer til katastrofeberedskab.

Andre spændende muligheder for den isoperimetriske robot kunne ligge uden for planeten. "Denne robot kunne være virkelig nyttig til udforskning af rummet - især fordi den kan transporteres i en lille pakke og derefter fungerer ubundet, efter at den er pustet op, " sagde Zachary Hammond, en kandidatstuderende i maskinteknik ved Stanford og medforfatter af papiret, med Usevitch. "På en anden planet, den kunne bruge sin formændrende evne til at krydse komplicerede miljøer, maser sig gennem trange pladser og spreder sig over forhindringer."

For nu, forskerne eksperimenterer med forskellige former for deres smidige robot og overvejer at plaffe den i vand for at se, om den kan svømme. De udforsker også endnu flere nye bløde robottyper, hver med deres egne funktioner og fordele.

"Denne forskning fremhæver kraften i at tænke på, hvordan man designer og bygger robotter på nye måder, " sagde Allison Okamura, professor i maskinteknik og medforfatter til papiret. "Kreativiteten ved robotdesign udvides med denne type system, og det er noget, vi virkelig gerne vil opmuntre til inden for robotteknologi."