Вязкость обеспечивает сложные движения для мягких роботов

Nov 20, 2023

Эндрю Корселли

Команда исследователей Корнелла под руководством доцента Кирстин Петерсен разработала новую и простую систему приводов с жидкостным приводом, которая позволяет мягким роботам выполнять более сложные движения. Команда сделала это, воспользовавшись тем самым, что раньше препятствовало движению таких роботов — вязкостью.

Лаборатория изучала способы использования когнитивных способностей и поведения робота и переноса их из «мозга» в тело — через его механические рефлексы и способность использовать окружающую среду. Уменьшая потребность в явных вычислениях, робот может стать проще, надежнее и дешевле в производстве.

«Мягкие роботы имеют очень простую структуру, но могут иметь гораздо более гибкую функциональность, чем их жесткие собратья», — сказал Петерсен. «Это своего рода воплощение интеллектуального робота. Большинство мягких роботов в наши дни приводятся в движение жидкостью. В прошлом люди задумывались над тем, как мы могли бы получить дополнительную отдачу от затраченных средств, встраивая функциональные возможности в материал робота, такой как эластомер. Вместо этого мы спросили себя, как мы можем сделать больше с меньшими затратами, используя то, как жидкость взаимодействует с этим материалом».

Традиционно привод мягкого робота с жидкостным приводом работает, когда жидкость под равномерным давлением протекает через эластомерную камеру или сильфон. Основным камнем преткновения является то, что если внутренний поток привода является вязким, давление выравнивается по-разному, что приводит к замедлению движения привода и замедлению робота.

Команда Петерсена начала с аналогичного шаблона, за исключением того, что он соединил ряд эластомерных сильфонов с тонкими трубками, расположенными в паре параллельных колонн, и все это в закрытой системе. Этот метод допускает антагонистические движения. Крошечные трубки создают вязкость, которая приводит к равномерному распределению давления, изгибая привод, придавая ему различные изгибы и модели движения. Обычно это было бы проблемой, но команда превратила это в преимущество.

Ведущий автор Йоав Матиа разработал полную описательную модель, которая может прогнозировать возможные движения привода, а также предвидеть, как различные входные давления, геометрии и конфигурации трубок и сильфонов достигают их - и все это с помощью одного входа жидкости.

«Роль сегодняшних инертных конструкционных материалов в наших будущих машинах будет совсем другой», — сказал Матиа. «Она заключается во внедрении агентности и вычислений в материалы — органические для материала, производственного процесса и физического явления, управляющего системой, — позволяя им действовать независимо посредством физических механизмов и внутренней архитектуры. Эта работа представляет собой новую масштабируемую структуру для проявления контроля». материала материалом, где в противном случае инертная структурная материя действует сама по себе».

Чтобы продемонстрировать технологию, команда создала шестиногого мягкого робота с двумя шприцевыми насосами наверху, который приседает и ходит со скоростью 0,05 длины тела в секунду.

Автоматизация проектирования мягких роботов

Инструмент помогает создавать мягких роботов, которые могут сгибаться и поворачиваться

«Мы подробно описали полный набор методов, с помощью которых вы можете спроектировать эти приводы для будущих применений», — сказал Петерсен. «Например, когда приводы используются в качестве ног, мы показываем, что, просто пересекая один набор трубок, вы можете перейти от страусиной походки с очень широкой постановкой ног к слоновьей рыси».

«По сути, это совершенно новая область мягкой робототехники», — добавила она. «Исследовать это пространство будет очень интересно».

Вот интервью с Петерсеном из журнала Tech Briefs, отредактированное для ясности и объема.

Технические сводки: Что вдохновило на использование вязкости?

Петерсен: Программные роботы — это новый вид роботов, который действительно выгоден для конкретных приложений, где пригодятся бесконечные степени свободы — способность двигаться бесконечными способами, способность безопасно перемещаться вокруг объектов и способность соответствовать требованиям. внешних возмущений и тому подобного.