Harvardowi naukowcy budują pneumatyczną ośmiornicę

Opisując swoją pracę w czasopiśmie Nature, naukowcy powiedzieli, że miękka robotyka może zrewolucjonizować sposób interakcji ludzi z maszynami. Wcześniejsze próby budowy całkowicie zgodnych robotów napotkały przeszkody. Inne roboty o miękkich ciałach mieściły sztywne zasilacze lub były podłączone do zewnętrznych systemów elektrycznych lub pneumatycznych.

„Jedną z długofalowych wizji w dziedzinie miękkiej robotyki było stworzenie robotów, które są całkowicie miękkie, ale zawsze starano się zastąpić sztywne komponenty, takie jak baterie i elektroniczne układy sterowania, analogicznymi miękkimi systemami, a następnie złożyć je razem”, powiedział Robert Wood, profesor Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. „Te badania pokazują, że możemy z łatwością wyprodukować kluczowe elementy prostego, całkowicie miękkiego robota, który stanowi podstawę dla bardziej złożonych projektów.”

Urządzenie o średnicy około 7 cm i kształcie małego ośmiornicy wykonane jest z żeli silikonowych o różnej twardości. Oktobot Harvarda jest oparty na „pneumatyce”, zasilany gazem pod ciśnieniem, ale nie sprężonym powietrzem. Zamiast tego niewielka ilość 50% roztworu nadtlenku wodoru w ogniwie paliwowym reaguje z katalizatorem platynowym i przekształca ciecz w dużą ilość gazu, który wpływa do ramion oktobota i napełnia przedziały wewnątrz ośmiu oddzielnych kończyn. Następnie odpowietrzenie gazu powoduje cofnięcie ramion do ich pierwotnego położenia.

Octobot nie opiera się na sterowaniu elektronicznym. Zamiast tego naukowcy zastosowali logikę mikroprzepływową jako miękki sterownik i wielomateriałową, wbudowaną metodę drukowania 3D do wytwarzania sieci pneumatycznych w uformowanym, elastomerowym korpusie robota. Hybrydowe podejście do montażu pozwoliło zespołowi na zastosowanie miękkiej litografii, formowania i drukowania 3D w celu szybkiego wytworzenia szeregu materiałów i elementów funkcjonalnych wymaganych do autonomicznej, swobodnej pracy miękkiego robota.

Układ zaworów zwrotnych i zaworów przełączających w sterowniku miękkim reguluje przepływ płynu do i przez układ. Kanały przepływowe o szerokości zaledwie kilkuset mikronów są wzorowane w miękkim sterowniku. Jako analogia elektryczna zawory zwrotne, zbiorniki paliwa, oscylator, komory reakcyjne, siłowniki i otwory wentylacyjne są podobne do odpowiednio diod, kondensatorów zasilających, oscylatora elektrycznego, wzmacniaczy, kondensatorów i rezystorów obniżających.

Aby rozpocząć pracę, do każdego z dwóch zbiorników paliwa wlewa się 0,5 ml paliwa za pomocą pompy strzykawkowej. Zbiorniki paliwa rozszerzają się elastycznie do ciśnienia około 50 kPa, wtłaczając paliwo do oscylatora. Oscylator zawiera system zaworów zaciskowych i zwrotnych, które naprzemiennie kierują paliwo do wypełnionych platyną komór reakcyjnych, gdzie szybko się rozkłada. Zawory zwrotne za wylotem zapobiegają powrotowi powstającego gazu pod ciśnieniem do miękkiego sterownika i przepływa do siłowników. Ciśnienie gazu odchyla siłowniki i wydechy do atmosfery przez otwór odpowietrzający. Po odpowietrzeniu przepływ paliwa do jednej komory reakcyjnej zatrzymuje się i rozpoczyna się przepływ do drugiej, inicjując podobną sekwencję w drugiej dolnej komorze katalitycznej i sieci siłowników.

Ryan Truby, absolwent i współautor pracy, powiedział, że prostota procesu montażu toruje drogę bardziej złożonym projektom. Następnie zespół Harvarda ma nadzieję zaprojektować pneumatyczną ośmiornicę, która może czołgać się, pływać i wchodzić w interakcje z otoczeniem. Pewnego dnia miękkie roboty mogą być używane do operacji chirurgicznych lub do wyciskania narzędzi lub kamer w trudno dostępne miejsca.