Quallen-inspirierten weichen Roboter können ihre natürlichen Pendants Outswim

„Unsere bisherigen Arbeiten konzentrierten sich auf weichen Roboter zu machen, die von Geparden inspiriert wurden, und während die Roboter sehr schnell waren, sie hatten noch eine steife innere Wirbelsäule“, sagt Jie Yin, ein Assistent Professor für mechanische und Raumfahrttechnik an den NC State und korrespondierender Autor ein Papier über die neue Arbeit. „Wir wollten einen ganz weichen Roboter machen, ohne eine innere Wirbelsäule, dass nach wie vor, dass Konzept genutzt zwischen zwei stabilen Zuständen, um Umschalten der weichen Roboter bewegt sich stärker und schneller zu machen. Und eines der Tiere, die wir von inspiriert war die Quallen.“

Die Forscher haben ihren neuen weichen Roboter aus zwei verbundenen Schichten aus dem gleichen elastischen Polymer. Eine Schicht aus Polymer wurde vorgespannt oder gespannt. Eine zweite Schicht wurde nicht vorgespannt und enthält einen Luftkanal.

„Wir können den Roboter machen‚flex‘durch die Luft in die Kanalschicht pumpen, und wir die Richtung des Biegesteuer durch die relative Dicke der vorgespannten Schicht steuern“, so Yin.

So funktioniert das. Wenn sie mit einer dritten spannungsfreie Schicht kombiniert, eine Zwischenschicht genannt, die vorgespannte Schicht will in einer bestimmten Richtung bewegen. Zum Beispiel könnte man ein Stück Polymerstreifen haben, die durch Ziehen in zwei Richtungen vorgespannt ist. das vorgespannte Materials auf die Zwischenschicht nach dem Anbringen, würde das Endergebnis ein Bilayer-Streifen sein, der, wie ein Stirnrunzeln Gesicht Kurve nach unten will. Wenn dieser Bilayer Streifen, auch die vorgespannte Schicht genannt wird, ist dünner als die Schicht mit dem Luftkanal, dass Stirnrunzeln Kurve in eine Lächeln Kurve biegt als Luft in die Kanalschicht gepumpt wird. Wenn jedoch die vorgespannte Schicht dicker als die Kanalschicht ist, werden die Stirnrunzeln mehr und mehr ausgeprägt als Luft in die Kanalschicht gepumpt wird. Wie auch immer, sobald die Luft gelassen wird, um die Kanalschicht hinterlassen, das Material schnappt zurück in seinem ursprünglichen, Zustand „Ruhe“.

In der Tat beschreibt dieses einfache Beispiel eines der weichen Roboter vom Forschungsteam erstellt, einem sich schnell bewegenden weichen Crawler. Es ähnelt einem Larven Insekt seinen Körper kräuselt, dann springt nach vorn, wie es seine gespeicherte Energie schnell freigibt.

Die Qualle-bietet ist etwas komplizierter, mit dem vorgespannten scheibenartige Schicht in vier Richtungen gestreckt wird (man denkt an ihn als Ost gezogen und Westen gleichzeitig, dann nach Norden gezogen und Süden gleichzeitig). Die Kanalschicht ist auch anders, bestehend aus einem ringartigen Luftkanal. Das Endergebnis ist eine Kuppel, die wie eine Qualle aussieht.

Da die Qualle-bot „entspannt“, die Kuppel Kurven nach oben, wie eine flache Schale. Wenn Luft in die Kanalschicht gepumpt wird, die Kuppel nach unten schnell Kurven, Wasser Ausschieben und Treib sich nach vorn. In experimentellen Tests hatte die Qualle-bietet eine durchschnittliche Geschwindigkeit von 53,3 Millimetern pro Sekunde. Das ist nicht schlecht, dass keiner der drei Quallenarten unter Berücksichtigung der Forscher gingen schneller als durchschnittlich 30 Millimeter pro Sekunde untersucht.

Schließlich schufen die Forscher einen Drei-Punkte-Greifroboter, mit einem Twist. Die meisten Greifer hängen offen, wenn „entspannt“ und benötigen Energie zu halten, um ihre Ladung, wie sie angehoben und von Punkt A bewegten B. Aber Yin zu zeigen und seine Mitarbeiter verwendet, um die vorgespannten Schichten Greifer Standardposition zu erstellen, deren geballte geschlossen. Die Energie wird benötigt, um die Greifer zu öffnen, aber sobald sie in Position sind, die Greifer wieder in ihre „Ruhe“ -Modus, halten ihre Ladung fest.

„Der Vorteil hierbei ist, dass Sie Energie zu halten, um das Objekt während des Transports nicht brauchen, es ist effizienter“, sagt Yin.

Quelle: North Carolina State University. "Jellyfish-inspired soft robots can outswim their natural counterparts." ScienceDaily. ScienceDaily, 1 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200701151712.htm>.