Naukowcy z North Carolina State University i University of Pennsylvania opracowali miękkie roboty, które są w stanie poruszać się w złożonych środowiskach, takich jak labirynty, bez udziału ludzi lub oprogramowania komputerowego.
„Te miękkie roboty demonstrują koncepcję zwaną „inteligencją fizyczną”, co oznacza, że projekt strukturalny i inteligentne materiały umożliwiają miękkiemu robotowi poruszanie się w różnych sytuacjach, w przeciwieństwie do inteligencji obliczeniowej”, mówi Jie Yin, autor artykułu na temat tej pracy. oraz profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej i lotniczej w NC State.
Miękkie roboty wykonane są z ciekłokrystalicznych elastomerów w kształcie skręconej wstęgi, przypominającej półprzezroczyste rotini. Po umieszczeniu taśmy na powierzchni o temperaturze co najmniej 55 stopni Celsjusza (131 stopni Fahrenheita), która jest gorętsza niż powietrze otoczenia, część taśmy dotykająca powierzchni kurczy się, podczas gdy część taśmy wystawiona na działanie powietrza kurczy się. nie. Wywołuje to ruch toczenia wstęgi. A im cieplejsza powierzchnia, tym szybciej się toczy. Film przedstawiający miękkie roboty przypominające wstęgę można znaleźć pod adresem https://youtu.be/7q1f_JO5i60.
„Zrobiono to wcześniej z prętami o gładkich bokach, ale ten kształt ma wadę – kiedy napotyka obiekt, po prostu obraca się w miejscu” – mówi Yin. „Miękki robot, który stworzyliśmy w kształcie skręconej wstążki, jest w stanie pokonywać te przeszkody bez jakiejkolwiek interwencji człowieka lub komputera”.
Robot wstęgowy robi to na dwa sposoby. Po pierwsze, jeśli jeden koniec wstążki napotka obiekt, wstążka lekko się obróci, aby ominąć przeszkodę. Po drugie, jeśli środkowa część robota napotka obiekt, „pstryka”. Pstryknięcie to szybkie uwolnienie zmagazynowanej energii deformacji, która powoduje, że wstążka lekko podskakuje i zmienia orientację przed lądowaniem. Może zaistnieć potrzeba zerwania wstążki więcej niż jeden raz, zanim znajdzie orientację, która pozwoli na pokonanie przeszkody, ale ostatecznie zawsze znajdzie wyraźną ścieżkę do przodu.
„W tym sensie przypomina to robotyczne odkurzacze, których wiele osób używa w swoich domach” – mówi Yin. „Z wyjątkiem miękkiego robota, który stworzyliśmy, czerpie energię ze swojego otoczenia i działa bez żadnego programowania komputerowego”.
„Dwa czynności, obracanie i przyciąganie, które pozwalają robotowi pokonywać przeszkody, działają na pochyłościach”, mówi Yao Zhao, pierwszy autor artykułu i badacz z tytułem doktora w NC State. „Najsilniejsze przyciąganie występuje, gdy obiekt dotknie środka wstążki. Ale wstążka nadal będzie przyciągać, jeśli obiekt dotknie wstążki od środka, jest po prostu mniej mocny. A im dalej jesteś od środka, tym mniej wyraźny zatrzask, aż osiągniesz ostatnią piątą długości wstążki, co w ogóle nie powoduje zatrzasku.”
Naukowcy przeprowadzili wiele eksperymentów, które wykazały, że miękki robot przypominający wstęgę jest w stanie poruszać się w różnych środowiskach przypominających labirynt. Naukowcy wykazali również, że miękkie roboty będą dobrze działać w środowiskach pustynnych, pokazując, że są w stanie wspinać się i schodzić po zboczach luźnego piasku.
„Jest to interesujące i przyjemne do oglądania, ale co ważniejsze, zapewnia nowy wgląd w to, jak możemy projektować miękkie roboty, które są w stanie zbierać energię cieplną z naturalnego środowiska i autonomicznie pokonywać złożone, nieuporządkowane ustawienia, takie jak drogi i surowe pustynie”. mówi Yin.
Artykuł „Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments” zostanie opublikowany w dniu 23 maja w Proceedings of the National Academy of Sciences. Współautorem artykułu jest NC State Ph.D. uczniowie Yinding Chi, Yaoye Hong i Yanbin Li; a także Shu Yang, Joseph Bordogna, profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Pensylwanii.
Prace wykonano przy wsparciu National Science Foundation, w ramach grantów CMMI-431 2010717, CMMI-2005374 i DMR-1410253.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej. Oryginał napisany przez Matta Shipmana. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.