Робот Caterpillar демонстрирует новый подход к передвижению для мягкой робототехники

Feb 24, 2024

Исследователи из Университета штата Северная Каролина продемонстрировали мягкого робота, похожего на гусеницу, который может двигаться вперед, назад и нырять в узкие пространства. Движение робота-гусеницы приводится в движение новым узором из серебряных нанопроводов, которые используют тепло для управления изгибом робота, позволяя пользователям направлять робота в любом направлении.

«Движение гусеницы контролируется локальной кривизной ее тела — ее тело изгибается по-разному, когда она тянется вперед, чем когда она толкает себя назад», — говорит Юн Чжу, автор статьи об этой работе и Эндрю А. Адамса. Заслуженный профессор машиностроения и аэрокосмической техники штата Северная Каролина. «Мы черпали вдохновение из биомеханики гусеницы, чтобы имитировать эту локальную кривизну, и использовали нагреватели нанопроволоки для управления аналогичной кривизной и движением робота-гусеницы.

«Разработка мягких роботов, которые могут двигаться в двух разных направлениях, является серьезной проблемой в области мягкой робототехники», — говорит Чжу. «Встроенные нагреватели из нанопроводов позволяют нам управлять движением робота двумя способами. Мы можем контролировать, какие секции робота сгибаются, управляя характером нагрева мягкого робота. И мы можем контролировать степень изгиба этих секций, контролируя количество подаваемого тепла».

Робот-гусеница состоит из двух слоев полимера, которые по-разному реагируют на воздействие тепла. Нижний слой сжимается или сжимается под воздействием тепла. Верхний слой расширяется под воздействием тепла. Узор из серебряных нанопроволок внедрен в расширяющийся слой полимера. Модель включает в себя несколько точек, куда исследователи могут подать электрический ток. Исследователи могут контролировать, какие участки структуры нанопроволок нагреваются, прикладывая электрический ток к различным точкам вывода, а также могут контролировать количество тепла, подавая больший или меньший ток.

«Мы продемонстрировали, что робот-гусеница способен двигаться вперед и назад», — говорит Шуан Ву, первый автор статьи и научный сотрудник NC State. «В целом, чем больший ток мы прикладываем, тем быстрее он будет двигаться в любом направлении. Однако мы обнаружили, что существует оптимальный цикл, который дает полимеру время остыть, эффективно позволяя «мышцам» расслабиться перед новым сокращением. Если мы пытались вращать робота-гусеницу слишком быстро, тело не успевало «расслабиться» перед новым сокращением, что ухудшало его движение».

Исследователи также продемонстрировали, что движением робота-гусеницы можно управлять до такой степени, что пользователи могут направить его под очень небольшой зазор – аналогично тому, как направляют робота, чтобы он проскользнул под дверь. По сути, исследователи могли контролировать движение как вперед, так и назад, а также то, насколько высоко робот наклоняется вверх в любой момент этого процесса.

«Этот подход к управлению движением мягкого робота очень энергоэффективен, и мы заинтересованы в поиске способов сделать этот процесс еще более эффективным», — говорит Чжу. «Дополнительные следующие шаги включают интеграцию этого подхода к мягкому передвижению роботов с датчиками или другими технологиями для использования в различных приложениях, таких как поисково-спасательные устройства».

Статья «Мягкий ползущий робот на основе Caterpillar с распределенным программируемым тепловым приводом» опубликована в журнале с открытым доступом Science Advances. Соавтором статьи является Цзе Инь, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина; Яойе Хонг, доктор философии. студент штата Северная Каролина; и Яо Чжао, постдокторант из штата Северная Каролина.

Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда по грантам 2122841, 2005374 и 2126072; и от Национальных институтов здравоохранения по номеру гранта 1R01HD108473.

-корабль-

Примечание для редакции:Аннотация исследования следует ниже.

«Мягкий ползущий робот на основе Caterpillar с распределенным программируемым тепловым приводом»

Авторы: Шуан Ву, Яое Хун, Яо Чжао, Цзе Инь и Юн Чжу, Университет штата Северная Каролина