Konkurs badawczy Postępy w projektach miękkiej robotyki

Organizacja Soft Robotics Toolkit zapewnia kompleksowe zasoby, aby pomóc uczniom i badaczom w nauce projektowania, wytwarzania, modelowania i testowania miękkich robotów. Wyrósł on z prac badawczo-rozwojowych na Harvard University i Trinity College Dublin, które koncentrowały się na opracowywaniu lepszych zestawów instruktażowych do praktycznych kursów projektowych. Oto przegląd tegorocznych ważnych projektów.

Drukarka silikonowa 3D. Nagroda za wkład w badania nad miękkimi robotami została przyznana za drukarkę silikonową 3D opracowaną przez zespół mLab Robotics z Oregon State Univ. Podobno drukarka silikonowa 3D dostosowuje produkcję przyrostową do świata miękkiej robotyki. Grupa opracowała aktywny system miksowania w skali mikro, umożliwiający praktyczne wydruki 3D dwuczęściowych silikonów.

Udane drukowanie 3D eliminuje potrzebę pracochłonnych i czasochłonnych metod formowania, takich jak odlewanie laminowane, odlewanie wtykowe, odlewanie wosku traconego i formowanie rotacyjne. Takie konwencjonalne procesy ograniczają możliwe kształty geometryczne, złożoność i skalę miękkich komponentów oraz powodują zmienność wykonania, która ogranicza powtarzalność.

Jednak obecne drukarki 3D zasadniczo polegają na twardszych materiałach i nie są w stanie drukować części 3D o strukturach wewnętrznych tak miękkich jak ich formowane odpowiedniki. Aby zastosować materiały lepkosprężyste i pokonać ograniczenia naprężeń, badacze skupili się na technikach bezpośredniego pisania atramentem (DIW). Zespół opracował system wytłaczania, który łączy aspekty wcześniejszych badań: aktywny mikser i kontrolowaną obróbkę cieplną.

Drukarka 3D z ulepszonym mechanizmem wytłaczarki może wytwarzać miękkie funkcjonalne roboty z dwuczęściowego materiału silikonowego utwardzanego platyną. Technika 3D DIW warstwa po warstwie, w przeciwieństwie do miękkiej litografii i odlewania utraconego wosku, nie wymaga interwencji człowieka, wprowadza mniej błędów wymiarowych i skraca czas produkcji o ponad 50%. Powstałe w wyniku drukowania 3D miękkie roboty podobno odpowiadają lub przewyższają wydajność swoich formowanych odpowiedników, a jednocześnie są silniejsze i bardziej niezawodne.

Zagłuszanie laminarne. Drugie miejsce w kategorii badań uzyskało Laminar Jamming Structures przez Harvard Biorobotics Lab, Harvard University. Struktury te mogą naprzemiennie występować w stanie wysoce elastycznym i wyjątkowo sztywnym, gdy zastosowany jest gradient ciśnienia. Zatem miękkie elementy robotyczne z zakleszczeniem laminarnym mogą selektywnie wykazywać właściwości mechaniczne tradycyjnych sztywnych robotów.

Laminar Jamming Structures (LJS) składa się z ułożonych w stos warstw cienkich, elastycznych arkuszy zamkniętych w szczelnej torbie, która pozwala komponentom dopasowywać się do skomplikowanych kształtów - na przykład do noszenia w zastosowaniach biomedycznych. Wyboru materiału i liczby warstw w tych strukturach można również użyć do dostrojenia pożądanej sztywności i zdolności tłumienia do konkretnych zastosowań.

Zastosowanie próżni do hermetycznej koperty uruchamia urządzenie. Zwiększone oddziaływanie tarcia powoduje sprzężenie między warstwami i radykalnie zwiększa sztywność zginania konstrukcji, która zachowuje się jak jednolita wiązka. Ponadto przy dużych obciążeniach naprężenie ścinające powoduje poślizg warstw, co powoduje rozproszenie energii przez tarcie suche. Krótko mówiąc, gdy zastosowana jest próżnia, struktury mogą przejść ze stanu bardzo zgodnego do stanu bardziej sztywnego lub pochłaniającego wstrząsy.

Konstrukcje mogą być zaprojektowane tak, aby ściskać, owijać lub chwytać, w zależności od zastosowanego ciśnienia próżni, lub zachować elastyczność, gdy próżnia jest wyłączona. W połączeniu z miękkim siłownikiem mogą blokować dowolne kształty po zablokowaniu. Zacinanie laminarne może również skutecznie dostroić dynamiczne reakcje rzeczywistych struktur i systemów robotycznych. Reakcja na uderzenie miękkich struktur może być dostrojona w celu zachowania lub rozproszenia energii zgodnie z potrzebami.

Ruch całej skóry. Zwycięzcami w kategorii uczelni byli studenci Franklin W. Olin College of Engineering, za lokomocję całej skóry napędzaną stopem kształtu. W projekcie zbadano wykonalność zastosowania ruchu całej skóry, aby ułatwić ciągły ruch wydłużonego torusa wypełnionego płynem. Używał stopu z pamięcią kształtu jako kurczących się pierścieni, które umożliwiają prototypowi torusa przesuwanie się do przodu.