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自折叠式Rollbot为完全不受束缚的软机器人铺平了道路

2021年08月18日 海南机械设备网

自折叠式Rollbot为完全不受束缚的软机器人铺平了道路

大多数软机器人都依靠外部电源和控制,使它们束缚在机外系统上或由硬质组件操纵。

现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和加州理工学院的研究人员开发了受折纸启发的软机器人系统。

该系统可以响应外部刺激而移动和改变形状,从而为完全不受束缚的软机器人中国机械网okmao.com。

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这项研究发表在《科学机器人》上。

SEAS汉斯·乔治·怀斯生物启发工程学教授,合著者之一詹妮弗·刘易斯说:“将活性材料整合到3D打印物体中的能力使设计和制造全新类别的软机器人物质成为可能。”研究。

研究人员转向折纸来创建多功能软机器人。通过顺序折叠,折纸可以在单个结构中编码多种形状和功能。研究团队使用被称为液晶弹性体的材料在受热时会变形,从而3D打印两种类型的软铰链,这些铰链在不同温度下折叠,因此可以编程为按特定顺序折叠。

“通过我们的3-D打印主动铰链方法,我们可以在温度响应,铰链可施加的扭矩,弯曲角度和折叠方向方面实现完全可编程。我们的制造方法有助于将这些主动组件与其他材料集成在一起。” SEAS研究生院和艺术与科学研究生院的Arda Kotikian说,他是该论文的第一作者。

自推式Rollbot从平板开始,长约8厘米,宽约4厘米,当放在热的表面时会卷曲成五角形的轮子。当与表面接触时,嵌在车轮五个侧面中的每一个上的铰链会折叠,从而推动车轮转向下一个侧面。当铰链从热表面滚落时,它们会展开并为下一个周期做好准备。

“使用铰链可以更轻松地编程机器人功能并控制机器人的操作方式改变形状。

您无需对软机器人的整个身体进行难以预测的变形,而只需要对机器人的几个小区域进行编程即可。您的结构将响应温度的变化。”加州理工学院的研究生,该论文的第一作者之一康纳·麦克马汉(Connor McMahan)说。

为了演示这种方法,Kotikian,McMahan和他的团队构建了几种软设备,其中包括一个无绳的软机器人,绰号为“ Rollbot”。

Rollbot开始时是一块平板,长约8厘米,宽约4厘米。当放置在约200°C的高温表面上时,一组铰链会折叠,并且机器人会卷曲成五角形的轮子。

另一组铰链嵌入车轮的五个侧面。铰链与高温表面接触时会折叠,从而推动车轮转向下一个铰链折叠的下一个侧面。当它们从热表面滚落时,铰链会展开并为下一个周期做好准备。

此设备演示了顺序折叠。加热时,它可以折叠成类似于回形针的紧凑折叠形状;冷却时,它可以自行折叠。

“许多现有的软机器人都需要将系绳连接到外部电源和控制系统,或者受到它们施加的力的限制。这些主动铰链非常有用,因为它们使软机器人可以在系绳不可行的环境中操作并多次提举物体比铰链重。”麦克马汉说。

放置在高温环境中的另一种设备可以折叠成类似于回形针的紧凑折叠形状,并且在冷却时会自行展开。

当温度从环境温度升高到顶部铰链致动的100°C到底部铰链致动的150°C时,该设备演示了顺序折叠。

Kotikian说:“这些不受束缚的结构可以被动控制。” “换句话说,我们要做的就是将结构暴露在特定的温度环境下,它们将根据我们对铰链的编程方式做出响应。”

尽管这项研究仅关注温度响应,但液晶弹性体也可以编程为对光,pH,湿度和其他外部刺激做出响应。

自推式Rollbot以其印刷配置(上方)和折叠状态(下方)显示。

“这项工作证明了反应性聚合物在结构化复合材料中的组合如何导致材料能够响应不同的刺激而自我激活。

将来,可以对此类材料进行编程以执行更复杂的任务,从而模糊材料之间的界限。机器人”,加州理工学院机械工程与应用物理教授,该研究的共同主要作者Chiara Daraio说。