Semi-Autonome Weiche Roboter Sollen Leben Retten

Wenn Sie an Roboter denken, stellen Sie sich wahrscheinlich eine starre Maschine vor, die Aufgaben erledigen oder Ihnen bei Ihren Unternehmungen helfen kann. Es gibt jedoch eine andere Roboterklasse, die weiterhin für Erstaunen sorgt und Innovationen bringt – weiche Roboter. Diese einzigartigen Geräte können ihre Form und Aktionen anpassen, um viele Aufgaben zu erledigen. Hier ist, was Sie wissen müssen.

Was Sind Weiche Roboter und Warum Sind Sie Spielveränderer?

Der weiche Robotiksektor ist ein aufregender Markt, der weiterhin massive Upgrades und Innovationen erlebt. Viele sehen diese Geräte als Schlüssel für Katastrophenhilfe-Anstrengungen. Die weiche und anpassungsfähige Natur dieser Einheiten ermöglicht es ihnen, sich durch winzige Löcher und Rohre zu quetschen, wenn erforderlich, und den Roboter zu erreichen, der schwierigsten Orte, die mit herkömmlichen Optionen unmöglich zu erreichen wären.
Weiche Roboter sind aus flexiblen Materialien gebaut, die es ihnen ermöglichen, ihre Struktur und Form zu ändern, wenn erforderlich. Diese Geräte gibt es in vielen Formen, von denen einige so konzipiert sind, dass sie wie eine Schlange durch Rohre kriechen, während andere sich falten oder zu einem Ball rollen können, um einen besseren Zugang zu bieten, wenn die Situation dies erfordert.

Schüssige Herausforderungen, Die Die Entwicklung Weicher Roboter Behindern

Weiche Roboter sind nicht perfekt. Ihre inhärente Konstruktion und Materialien machen es schwierig, diese Geräte zu erstellen, und es ist ein Balanceakt zwischen Leistung und der Platzierung von Komponenten in Bereichen, in denen sie die Flexibilität nicht behindern. In der Vergangenheit haben Ingenieure die Elektronik begrenzt, um die Steifigkeit der weichen Robotikelektronik zu reduzieren.
Die Reduzierung der integrierten Sensoren in diesen Systemen hilft, steife Platinen und Servos zu eliminieren, aber es bedeutet auch, dass diese Geräte in der Regel auf einweg-Kommunikationssysteme beschränkt sind. Diese Systeme sind es, mit denen der Pilot den Roboter durch das raue Gelände navigieren würde.
Die Anerkennung der Einschränkungen dieses Ansatzes hat ein Team von kreativen Ingenieuren von mehreren führenden Forschungseinrichtungen dazu veranlasst, ein verbessertes Design für weiche Roboter vorzustellen, das die Steifigkeit reduziert und die Leistung überall verbessert.

Durchbruchsstudie Enthüllt Intelligente, Flexible Weiche Roboter

Die Studie “Wireless, Multifunctional System-Integrated Programmable Soft Robot“¹, die in Nano-Micro Letters veröffentlicht wurde, stellt ein neues Konzept für weiche Roboter vor, das leistungsfähiger und erschwinglicher ist als bisherige Optionen. Als Teil der verbesserten Fähigkeiten des Roboters stellte das Team eine Reihe von Sensoren vor, die es dem Gerät ermöglichen, semi-autonome Entscheidungen auf der Grundlage seiner aktuellen Situation und Umgebung zu treffen.

Quelle – Jennifer M. McCann

Innenansicht Des Designs Der Nächsten Generation Weicher Roboter

Als Teil des neuen Designs für weiche Roboter begann das Team damit, die weiche Roboter-Layout von Grund auf neu zu erstellen. Sie erkannten, dass sie das Gerät so konstruieren mussten, dass es in der Lage ist, multiple Formen und Bewegungen mit minimalem Energieverbrauch zu erreichen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, integrierten sie magnetisch responsive weiche Verbundmaterialien mit deformierbaren multifunktionellen Elektronikkomponenten.

Wie Ingenieure Die Flexibilität In Fortgeschrittenen Weichen Robotern Bewahren

Die Wahrung der Flexibilität von weichen Robotern ist ein großes Problem für Designer und Ingenieure. Jedes Mal, wenn Sie einen weiteren Chip, Sensor, Akku oder Servo hinzufügen, begrenzen Sie die Flexibilität dieses Teils des Roboters erheblich. Folglich haben leistungsfähigere weiche Roboter in der Regel weniger Flexibilität, da ihre Kernkomponenten nicht biegen können, ohne auszufallen.
Das Team verbrachte viel Zeit damit, über das ideale drahtlose Schaltkreis-, Sensor- und Gerätedesign nachzudenken. Von dort aus mussten die Ingenieure den besten Ort für diese Geräte bestimmen, der die Bewegung beeinflussen würde. Am Ende wurde ein bestimmtes Layout vereinbart, das die Elektronik so anordnete, dass der Roboter sich vollständig anpassen und sogar zu einem Ball zusammenrollen konnte, wenn erforderlich.

Magnetisch Kontrollierte Bewegung: Wie Diese Weichen Roboter Sich Bewegen

Die Ingenieure mussten dann herausfinden, wie sie dem Roboter die Fähigkeit verleihen konnten, seine Form zu ändern. Für diesen Schritt wandten sie sich mehreren magnetischen Verbindungen zu. Insbesondere wurden die magnetischen Verbindungen durch Mischen der synthetisierten WcMPs mit einem Silikonelastomer und einem Härter hergestellt.
Von dort aus wurde ein Laser verwendet, um die magnetischen weichen Verbundmaterialien zu strukturieren, bevor Wärme angewendet wurde. Der nächste Schritt erforderte, dass die Ingenieure ein externes magnetisches Feld (200 mT) programmierten, um die Richtung der eingebetteten magnetischen Teilchen zu drehen und auszurichten. Zuletzt wurden die neu erstellten Magnete abgekühlt.
Diese speziell entwickelten Magnete wurden so konzipiert, dass sie bei einer niedrigen Temperatur eine Phasenübergang durchlaufen, was es den Ingenieuren ermöglichte, die magnetische Polarität in Sekunden umzuschalten. Durch die Anpassung der Feldstärke und -richtung konnten die Ingenieure den Roboter bestimmte Aufgaben und Formen ausführen lassen. Sie stellten fest, dass sie das Gerät so programmieren konnten, dass es sich biegen, drehen und kriechen ließ.

Lenkung Weicher Roboter Mit Präzision Mithilfe Magnetfelder

Das Labor erstellte ein magnetisches Material, das in die flexible Struktur des Geräts eingebettet war. Diese Aktion ermöglichte es den Ingenieuren, das Gerät mithilfe von Magnetfeldern zu steuern. Die Ingenieure wendeten das Feld mithilfe von Handmagneten und elektromagnetischen Feldgeneratoren an.
Insbesondere wurde ein kommerzieller permanenter NdFeB-Magnet und ein maßgeschneiderter Zylinder-Elektromagnet als beste Möglichkeit ausgewählt, um ein externes magnetisches Feld anzuwenden. Diese Geräte erzeugen genug Kraft, um den magnetischen weichen Roboter zu bewegen.

Integrierte Sensoren, Die Weiche Roboter Semi-Autonom Machen

Im Mittelpunkt dieser Forschung stand der Wunsch, die ersten semi-autonomen weichen Roboter zu entwickeln. Diese Geräte würden ein Sensorensystem integrieren, das es ihnen ermöglichen würde, auf der Grundlage ihrer Umgebung und Umstände Entscheidungen zu treffen.

Überwindung Magnetischer Interferenzen In Weichen Roboter-Elektronik

Die Ingenieure wussten, dass die Kreuzung von Magneten mit neuen Problemen verbunden sein würde, die angegangen werden mussten, insbesondere mit Interferenzen. Magnetfelder sind großartig, um Magnete zu aktivieren, aber nicht so großartig, wenn es um elektronische Interferenzen geht. Diese magnetischen Felder können elektronische Funktionen stören und Chaos verursachen.
Daher verbrachten die Ingenieure viel Zeit damit, die ideale Elektronik-Anordnung zu bestimmen. Sie konnten die beste Sensor- und Chip-Platzierung basierend auf Interferenzniveaus und Vor-Kraft bestimmen. Dieser Schritt stellte sicher, dass der weiche Roboter nicht plötzlich ausfällt, wenn er seine Form ändert und seine elektromagnetischen Eigenschaften ändert.

Testen Der Fähigkeiten Weicher Roboter In Echten Umgebungen

Um die Fähigkeiten ihrer weichen Roboter zu demonstrieren, richtete das Team einen winzigen Hinderniskurs ein. Das winzige magnetisch angetriebene Gerät konnte eine Vielzahl von Terrains und Hindernissen überwinden, um die Reise erfolgreich abzuschließen. Der Roboter kann in einem veröffentlichten Video gesehen werden, der das Terrain durchläuft, indem er seine Form und Anordnung ändert.