Semi-Autonome Zachte Robots Zullen Levens Redden

Wanneer je aan robots denkt, zie je waarschijnlijk een stug apparaat voor je dat taken kan uitvoeren of je kan helpen bij je ondernemingen. Er is echter een andere klasse van robots die steeds meer aandacht trekt en innovatie brengt – zachte robots. Deze unieke apparaten kunnen hun vorm en acties aanpassen om veel taken uit te voeren. Hieronder volgt wat je moet weten.

Wat Zijn Zachte Robots en Waarom Zijn Ze Game-Changers?

De zachte robotica-sector is een spannende markt die continue grote upgrades en innovatie ziet. Velen zien deze apparaten als de sleutel tot rampenbestrijdingsinspanningen. De zachte en aanpasbare aard van deze eenheden stelt hen in staat om door kleine gaten en buizen te persen wanneer dat nodig is, waardoor de robot de moeilijkst bereikbare locaties kan bereiken die anders onmogelijk zouden zijn met traditionele opties.
Zachte robots zijn gebouwd uit flexibele materialen die hen in staat stellen om hun structuur te veranderen en te buigen zoals nodig. Deze apparaten komen in veel vormen, waarvan sommige zijn ontworpen om door buizen te kronkelen als een slang, terwijl anderen kunnen vouwen of zich oprollen in een bal, waardoor ze superieure toegang bieden wanneer de situatie dat vereist.

Sleuteluitdagingen Die De Ontwikkeling Van Zachte Robots Beperken

Zachte robots zijn niet perfect. Hun inherente ontwerp en materialen maken het creëren van deze apparaten een balans tussen prestaties en het plaatsen van componenten in gebieden waar ze de flexibiliteit niet belemmeren. In het verleden beperkten ingenieurs de elektronica die werd gebruikt om de stijfheid van hun zachte robotica te verminderen.
Het verminderen van de geïntegreerde sensoren in deze systemen helpt om stugge boards en servos te elimineren, maar het betekent ook dat deze apparaten meestal beperkt zijn tot éénrichtingscommunicatiesystemen. Deze systemen zijn hoe de piloot de robot door het ruwe terrein kan navigeren.
Het erkennen van de beperkingen in deze aanpak, heeft een team van creatieve ingenieurs van verschillende toonaangevende onderzoeksinstellingen een verbeterd zacht robotontwerp voorgesteld dat de stijfheid vermindert en de prestaties over het hele bord verbetert.

Doorbraakstudie Onthult Slimmere, Flexibele Zachte Robots

De “Wireless, Multifunctional System-Integrated Programmable Soft Robot”-studie, gepubliceerd in Nano-Micro Letters, introduceert een nieuw zacht robotconcept dat meer capabel en betaalbaar is dan eerdere opties. Als onderdeel van de verbeterde mogelijkheden van de robot, introduceerde het team een reeks sensoren die de apparatuur in staat stellen om semi-autonome beslissingen te nemen op basis van de huidige situatie en omgeving.

Source – Jennifer M. McCann

Binnen Het Ontwerp Van Next-Gen Zachte Robots

Als onderdeel van het nieuwe zachte robotontwerp, begon het team met het herscheppen van de zachte robotlay-out vanaf de grond. Ze realiseerden zich dat ze de apparatuur op een manier moesten maken die het mogelijk maakt om meerdere vormen en bewegingen te bereiken met minimale energieverbruik. Om deze taak te volbrengen, integreerden ze magnetisch responsieve zachte composietmatrices met vervormbare multifunctionele elektronica.

Hoe Ingenieurs Flexibiliteit In Geavanceerde Zachte Robots Bewaren

Het behouden van flexibiliteit in zachte robots is een groot probleem voor ontwerpers en ingenieurs. Elke keer dat je een andere chip, sensor, batterij of servo toevoegt, beperk je de flexibiliteit van dat deel van de robot aanzienlijk. Gevolglijk hebben meer capabele zachte robots meestal minder flexibiliteit, omdat hun kerncomponenten niet kunnen buigen zonder te falen.
Het team heeft veel tijd besteed aan het debatteren over het ideale draadloze circuit, sensoren en apparaten. Vervolgens was het aan de ingenieurs om te bepalen waar deze apparaten het beste konden worden geplaatst om de beweging te beïnvloeden. Uiteindelijk werd een specifieke lay-out overeengekomen die de elektronica op een manier plaatste die het mogelijk maakte voor de robot om volledig aan te passen en zelfs in een bal te rollen wanneer dat nodig was.

Magnetically Gecontroleerde Beweging: Hoe Deze Zachte Robots Bewegen

De ingenieurs moesten vervolgens bepalen hoe ze de robot de mogelijkheid konden geven om zijn vorm te veranderen. Voor deze stap keerden ze zich tot verschillende magnetische verbindingen. Specifiek werden de magnetische verbindingen bereid door de gesynthetiseerde WcMPs te mengen met een silicone-elastomeer en een verhardingsmiddel.
Vervolgens werd een laser gebruikt om de magnetische zachte composieten te patroon voordat hitte werd toegepast. De volgende stap vereiste dat de ingenieurs een externe magnetisch veld (200 mT) programmeerden om de richting van de ingebedde magnetische deeltjes te roteren en uit te lijnen. Ten slotte werden de nieuw gecreëerde magneten toegestaan om af te koelen.
Deze speciaal ontworpen magneten waren ontworpen om een faseovergang te ondergaan bij een lage temperatuur, waardoor ingenieurs de magnetische polariteit in seconden konden veranderen. Door de sterkte en richting van het veld aan te passen, konden de ingenieurs de robot bepaalde taken en vormen laten uitvoeren. Ze merken op dat ze de apparatuur konden laten buigen, draaien en kruipen met deze methode.

Besturing Van Zachte Robots Met Precisie Met Magnetische Velden

Het lab creëerde een magnetisch materiaal dat in de flexibele structuur van de eenheid was ingebed. Deze actie stelde ingenieurs in staat om de apparatuur te controleren met magnetische velden. Ingenieurs pasten het veld toe met behulp van handmatige magneten en elektromagnetische veldgeneratoren.
Specifiek werd een commerciële permanente NdFeB-magneet en een aangepaste cilindrische elektromagneet gekozen als de beste manier om een extern magnetisch veld toe te passen. Deze apparaten genereren voldoende kracht om de magnetische zachte robot te verplaatsen.

Geïntegreerde Sensoren Die Zachte Robots Semi-Autonoom Maken

Aan de basis van dit onderzoek lag de wens om de eerste semi-autonome zachte robots te maken. Deze apparaten zouden een sensoren-suite integreren die het mogelijk maakt om beslissingen te nemen op basis van de omgeving. Bijvoorbeeld, ze konden de eenheid instellen om te reageren op veranderingen in temperatuur, obstakels of tijdsbeperkingen.

Overwinnen Van Magnetische Interferentie In Zachte Robotica-Elektronica

De ingenieurs wisten dat het snijpunt van magneten zou komen met enkele nieuwe problemen die aangepakt moesten worden, voornamelijk interferentie. Magnetische velden zijn geweldig voor het activeren van magneten, maar niet zo geweldig in termen van elektronische interferentie. Deze magnetische velden kunnen elektronische functies verstoren en chaos creëren.
Als zodanig hebben de ingenieurs veel tijd besteed aan het bepalen van de ideale elektronica-lay-out. Ze konden de beste sensor- en chipplaatsing bepalen op basis van interferentieniveaus en voorafgaande kracht. Deze stap zorgde ervoor dat de zachte robot niet plotseling zou falen wanneer deze van vorm verandert en zijn elektromagnetische eigenschappen verandert.

Testen Van De Mogelijkheden Van Zachte Robots In Echte Omgevingen

Om de mogelijkheden van hun zachte robots te demonstreren, zette het team een kleine obstakelbaan op. Het kleine, magnetisch aangedreven apparaat kon verschillende terreinen en obstakels passeren om de reis met succes te voltooien. De robot kan in een gepubliceerde video worden gezien die het terrein doorneemt door zijn vorm en lay-out te veranderen.