Harvardští výzkumníci staví pneumatickou chobotnici

Vědci popsali svou práci v časopise Nature a tvrdili, že měkká robotika může způsobit převrat v interakci lidí se stroji. Předchozí snahy o stavbu zcela kompatibilních robotů čelily zátarasům. Ostatní roboti s měkkým tělem umístili pevné zdroje energie nebo byli připoutáni k externím elektrickým nebo pneumatickým systémům.

"Jednou z dlouhodobých vizí v oblasti měkké robotiky bylo vytvořit roboty, které jsou zcela měkké, ale boj byl vždy o nahrazení tuhých komponentů, jako jsou baterie a elektronické ovládací prvky, analogickými měkkými systémy a jejich následným sestavením," řekl. Robert Wood, profesor na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. "Tento výzkum ukazuje, že dokážeme snadno vyrobit klíčové komponenty jednoduchého, zcela měkkého robota, který položí základy složitějším návrhům."

Zařízení, které měří asi 7 cm napříč a má tvar malého chobotnice, je vyrobeno ze silikonových gelů různé tvrdosti. Harvardův oktobot je „pneumatický“, poháněný plynem pod tlakem, ale nikoli stlačeným vzduchem. Místo toho malé množství 50% roztoku peroxidu vodíku v palivové komoře reaguje s platinovým katalyzátorem a přeměňuje kapalinu na velké množství plynu, který proudí do ramen octobotu a nafukuje kompartmenty uvnitř osmi samostatných končetin. Následně odvětrání plynu zatáhne paže do jejich původní polohy.

Octobot se nespoléhá na elektronické ovládání. Místo toho vědci použili mikrofluidní logiku jako měkký ovladač a metodu zabudovaného 3D tisku pro výrobu pneumatických sítí v lisovaném elastomerním těle robota. Hybridní přístup k sestavení umožňuje týmu použít měkkou litografii, formování a 3D tisk k rychlému zhotovení řady materiálů a funkčních prvků potřebných pro autonomní, neuzavřený provoz měkkého robota.

Systém zpětných ventilů a přepínacích ventilů v měkkém ovladači reguluje tok tekutiny do a skrz systém. Průtokové kanály široké jen několik set mikronů jsou vzorovány do měkkého ovladače. Jako elektrická analogie jsou zpětné ventily, palivové nádrže, oscilátor, reakční komory, akční členy a ventilační otvory podobné diodám, napájecí kondenzátory, elektrický oscilátor, zesilovače, kondenzátory a pull-down rezistory.

Pro zahájení provozu se do každé ze dvou zásobníků paliva nadávkuje pomocí injekční pumpy 0,5 ml paliva. Zásobníky paliva se elasticky roztahují na tlak přibližně 50 kPa, což nutí palivo do oscilátoru. Oscilátor zahrnuje systém škrticích a zpětných ventilů, které střídavě směrují palivo do reakčních komor naložených platinou, kde se rychle rozkládají. Zpětné ventily po proudu zabraňují návratu výsledného stlačeného plynu do měkkého ovladače a odtéká do ovladačů. Tlak plynu odvádí pohony a odsává do atmosféry odvzdušňovacím otvorem. Po odvzdušnění se tok paliva do jedné reakční komory zastaví a začne proudit do druhé, iniciující podobnou sekvenci v druhé následné katalytické komoře a ovládací síti.

Jednoduchost procesu montáže připravuje cestu pro složitější návrhy, řekl Ryan Truby, postgraduální student a spoluautor příspěvku. Dále tým Harvard doufá, že navrhne pneumatickou chobotnici, která dokáže procházet, plavat a interagovat se svým prostředím. Někdy mohou být měkké roboty použity pro chirurgické operace nebo pro vytlačení nástrojů nebo kamer do těžko přístupných míst.