Samoopravné robotické chapadlo by mohlo být budoucností udržitelné měkké robotiky

Samoopravné robotické chapadlo by mohlo být budoucností udržitelné měkké robotiky

Vědci vyvinuli samoopravné robotické uchopovací zařízení pro použití v měkké robotice, které je adaptabilní, recyklovatelné a odolné vůči poškození díky autonomnímu hojení podporovanému teplem.

Samozacelující se elastomer tvoří pružnou a deformovatelnou membránu chapadla. Elastomer – speciální třída polymeru s jedinečnými vlastnostmi, jako je elasticita a houževnatost, vyvinutý výzkumníky z University of Cambridge a Vrije Universiteit Brussel je schopen samoléčit se z makroskopických poškození, včetně škrábanců a propíchnutí způsobených přímým kontaktem s ostrými předměty. předměty nebo povrchy.

Tlakový senzor funguje jako systém včasného varování při detekci poškození. Mezitím autonomní integrované zahřívání dosahuje rychlého hojení přibližně za devět minut při požadované teplotě 70 °C.

Na rozdíl od jiných univerzálních robotických chapadel lze toto navrhované samoopravné univerzální chapadlo plně znovu zpracovat a recyklovat – něco, co je v kontrastu s tradičními silikony, které se v současnosti používají v měkkých robotických chapadlech, které nabízejí špatnou recyklovatelnost a omezenou životnost. Výsledky jsou uvedeny v časopise Advanced Intelligent Systems.

Pro výrobu měkkých robotů se obvykle používají měkké a flexibilní materiály, protože tlumí nárazy a mohou chránit robota před mechanickými nárazy. Tyto materiály umožňují měkkým univerzálním chapadlům přizpůsobit se, uchopit a manipulovat s širokou škálou různých a nepravidelně tvarovaných předmětů.

Vědci zjistili, že samoopravné univerzální chapadlo je schopné spolehlivě uchopit řadu předmětů při úkolu vybrat a umístit, včetně kleští, fixů, rolí pásky a šroubováků. To je způsobeno konstrukcí chapadla, která je založena na zasekávání částic. Vysoce vodivé ocelové kuličky uzavřené v samoopravné membráně pomáhají maximalizovat přenos tepla a napomáhají tak autonomnímu procesu hojení. Ocelové kuličky lze také znovu použít v novém chapadle nebo je lze znovu zpracovat tavením.

"Samoopravný polymer, který jsme použili pro naše měkké uchopovací zařízení, má vynikající mechanickou pevnost, adaptivní uchopení a je odolný vůči poškození," řekl profesor Fumiya Iida. „Tam, kde je poškození příliš velké na to, aby se dalo zahojit, jsme navrhli chapadlo s vysokým potenciálem recyklace, které lze zcela roztavit, znovu zpracovat a přetvořit na nové chapadlo – což představuje udržitelnou možnost pro univerzální chapadla a obecně měkkou robotiku do budoucna.“

Experimentální výsledky ukázaly, že nedošlo k uzavření nebo utěsnění poškozeného polymeru při teplotách pod 70 °C.

Výzkumný tým zkoumal hojivý výkon polymerní membrány z různých zdrojů poškození:

Řezáním povrchu skalpelem k napodobení poškození způsobeného poškrábáním ostrými předměty nebo zubatými okraji.

Propíchnutí polymeru jehlou za účelem replikace poškození způsobeného trnitými předměty, jako je rozbité sklo a špičaté větvičky.

Řezání a trhání způsobí smrtelné poškození chapadla, ke kterému pravděpodobně dojde dříve, než dojde ke katastrofickému selhání chapadla.

Mikroskopická analýza vzorku polymeru, který byl zhojený po rozříznutí na dvě části a zlomený pod silou v tahové zkoušce, ukázal, že došlo k novému zlomu na místě, které se lišilo od původní jizvy. Podle výzkumníků toto zjištění demonstruje tři věci: za prvé, úspěšné a úplné uzdravení oddělených dvou částí; za druhé, úplné obnovení mechanických vlastností polymeru; a za třetí, potvrzení, že v místě původní jizvy není vytvořeno žádné slabé místo.

Huijiang Wang, spoluautor a Marie Young Stage Researcher v oblasti měkké robotiky, řekli: „Zachování vysokého mechanického výkonu a stability polymerů spolu s rychlým hojením při okolní teplotě (buď teplem nebo světlem) se ukázalo být výzvou. pro komunitu samoléčebných materiálů.

„S naším chapadlem se však celý proces samoopravy – detekce poškození, změna orientace (otočení chapadla vzhůru nohama do jeho „hojivé polohy“, aby se zvýšil kontakt mezi ocelovými kuličkami a integrovaným ohřívačem) a regulace teploty – provádí autonomně, bez nutnosti lidského zásahu, vytvoření systému, který je jako nový a schopný vrátit se ke svým úkolům."