Minik baloncuklar: Araştırmacılar, yumuşak robotik oluşturmak için esnek ve yeni bir sistem geliştiriyor

Princeton araştırmacıları, hava ile şişirildiğinde şekli tahmin edilebilir şekillerde değiştiren “süslü balonlar” kullanarak yumuşak robotlar yapmanın yeni bir yolu olan baloncuk dökümü icat ettiler.

Yeni sistem, sıvı bir polimere kabarcıkların enjekte edilmesini, malzemenin katılaşmasına izin verilmesini ve ortaya çıkan aygıtın bükülmesini ve hareket etmesini sağlamak için şişirilmesini içerir. Araştırmacılar bu yaklaşımı, kavrayan eller, çırpınan bir balık kuyruğu ve bir topu alan sinsi benzeri bobinler tasarlamak ve oluşturmak için kullandılar. 10 Kasım’da dergide yayınlanan basit ve çok yönlü yöntemlerinin Doğa, yeni tip yumuşak robotların geliştirilmesini hızlandıracak.

Geleneksel katı robotların, örneğin araba imalatında olduğu gibi birden fazla kullanımı vardır. Kimya ve biyoloji mühendisliği yardımcı doçenti ve çalışmanın baş araştırmacısı Pierre-Thomas Brun, “Ancak ellerinizi tutamayacaklar ve bileğinizi kırmadan bir yere hareket etmenize izin vermeyecekler” dedi. “Doğal olarak insanlar veya domatesler gibi yumuşak şeylerle etkileşime girmeye hazır değiller.”

Yumuşak robotlar daha yumuşak, esnek malzemeler kullanır ve bu da onları yumuşak bir dokunuşa ihtiyaç duyan uygulamalar için arzu edilir kılar. Bir gün ürünleri hasat etmek, bir taşıma bandından hassas öğeleri almak veya kişisel bakım sağlamak için kullanılabilirler. Ayrıca, rehabilitasyon için giyilebilir dış giysiler veya kalbin atmasına yardımcı olmak için etrafı saran implante edilebilir cihazlar gibi sağlık hizmetlerinde de faydalı olabilirler.

Yumuşak robotlar tasarlamanın zorluklarından biri, nasıl hareket ettiklerini belirleyen, nasıl esnediklerini ve deforme olduklarını kontrol etmektir. Tüm robotlar, harekete neden olan, aktüatör adı verilen bileşenlere sahiptir. Eklemlerine bağlı olarak sabit şekillerde hareket eden katı robotların aksine, yumuşak robotlardaki malzemeler sonsuz sayıda şekilde hareket etme ve genişleme potansiyeline sahiptir.

Kabarcık dökümü, akışkanlar mekaniğinin temel kurallarını (akışkanların fiziği) kullanarak yumuşak robotlar için aktüatörler oluşturmanın basit ve esnek bir yolunu sunar. Yöntem, elastomer adı verilen ve sertleşerek kauçuksu, elastik bir malzeme haline gelen sıvı bir polimer kullanır. Kamış kadar basit bir kalıba veya spiral veya palet gibi daha karmaşık bir şekle enjekte edilir. Daha sonra araştırmacılar, kalıbın uzunluğu boyunca uzun bir kabarcık oluşturmak için sıvı elastomerin içine hava enjekte ediyor. Yerçekimi sayesinde, elastomer aşağıya doğru akarken kabarcık yavaşça yukarı çıkar. Elastomer sertleştiğinde, kalıptan çıkarılabilir ve hava ile şişirilebilir, bu da kabarcıklı ince tarafın daha kalın taban üzerinde gerilmesine ve kıvrılmasına neden olur.

Araştırmacılar, kalıbı kaplayan elastomerin kalınlığı, elastomerin dibe ne kadar çabuk yerleştiği ve kürleşmenin ne kadar sürdüğü gibi bir dizi faktörü kontrol ederek, ortaya çıkan aktüatörün nasıl hareket edeceğini belirleyebilir. Başka bir deyişle, “akışkanlar mekaniği işi yapıyor” dedi Brun.

Mezun olan ilk yazar Trevor Jones, “Kurulmadan önce boşalması için daha fazla zamana izin verilirse, üstteki film daha ince olur. Film ne kadar ince olursa, şişirdiğinizde o kadar fazla gerilir ve genel olarak daha fazla bükülmeye neden olur,” dedi. kimya ve biyoloji mühendisliği öğrencisi.







Araştırma ekibi, hava ile şişirildiğinde bir topu tutup kaldırabilen yumuşak robotik oluşturmak için baloncuk dökümü kullandı. Kredi: Princeton Üniversitesi

Araştırmacılar, bir böğürtleni, bir kas gibi büzülen bir bobini ve hatta tüm sistem şişirilirken sanki piyano çalar gibi birer birer kıvrılan bir dizi “parmak”ı nazikçe tutan yıldız şeklindeki “eller”i başarıyla kullandılar.

Bu kağıttaki aktüatörler hava ile şişirildiğinde deforme olur, ancak diğer yumuşak robotik sistemler manyetik alanlar, elektrik alanları veya sıcaklık veya nemdeki değişiklikler kullanır.

Çalışmanın büyük bir kısmı, araştırmacıların belirli hareketlere sahip yumuşak aktüatörler tasarlayabilmeleri için şişirildiğinde robotların nasıl davranacağını bulmaktı. Brun’ın grubunda doktora sonrası araştırmacı olan ortak yazar Etienne Jambon-Puillet, sistemin bilgisayar simülasyonunu geliştirmek için Jones ile birlikte çalıştı.

Jambon-Puillet, “Herkesin kullanabileceği basit bir denklemi kullanarak ne olacağını tahmin edebiliriz” dedi. “Bu tüp benzeri malzemeleri şişirdiğimizde ne olduğunu şimdi çok iyi anlıyoruz.”

Kabarcık dökümün önemli bir avantajı, yumuşak robotikte tipik olarak kullanılan 3D yazıcılar, lazer kesiciler veya diğer pahalı araçları gerektirmemesidir. Sistem ayrıca ölçeklenebilir. Neredeyse bir insan saçı kadar küçük, 100 mikron kadar ince özelliklere sahip birkaç metre uzunluğunda aktüatörler üretme potansiyeline sahiptir.

Araştırmada yer almayan İsviçre’nin Lozan kentindeki EPFL’de akışkanlar dinamiği profesörü François Gallaire, “Gerçekten akıllı olan, yapıyı sadece doğal sıvı hareketiyle şekillendirme fikridir” dedi. “Bu işlemler çok küçük şeyler de dahil olmak üzere birçok farklı ölçekte çalışacak. Bu heyecan verici çünkü bu tüpleri tipik üretim yöntemleriyle dökmek gerçekten zor olabilir, bu yüzden çok küçük tüpler yapma potansiyeli var.”

Esnekliğine rağmen, kabarcık dökümün sınırları vardır. Şimdiye kadar, araştırmacılar sadece birkaç metrelik elastomer dolu borudan bir balonu zorlamayı başardılar. Ayrıca aşırı şişirme balonların patlamasına neden olabilir. Jones, “Başarısızlık oldukça felakettir” dedi.

Daha sonra grup, daha karmaşık aktüatörler oluşturmak ve yeni uygulamaları keşfetmek için sistemlerini kullanacak. Yürüyen bir kırkayakların dalgalanan ayakları gibi sıralı dalgalar halinde birlikte hareket eden aktüatörler tasarlamakla ilgileniyorlar. Başka bir olasılık, onları şişirmek için tek bir basınç kaynağı kullanarak dönüşümlü olarak kasılan ve gevşeyen ve insan kalbinin atışını taklit eden haznelere sahip aktüatörler yaratmaktır.

Jones, “Bu sorunu fizik düzeyinde oldukça güçlü bir şekilde anlıyoruz,” dedi ve “artık robotik gerçekten keşfedilebilir.”


Yeni nesil yumuşak robotik için yumuşak bileşenler


Daha fazla bilgi:
Pierre Brun, Kabarcık döküm yumuşak robotik, Doğa (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-04029-6. www.nature.com/articles/s41586-021-04029-6

Princeton Üniversitesi tarafından sağlanan

Alıntı: Minik baloncuklar: Araştırmacılar, yumuşak robotik (2021, 10 Kasım) oluşturmak için esnek yeni bir sistem geliştirdiler, 19 Kasım 2021’de https://techxplore.com/news/2021-11-tiny-flexible-soft-robotics.html adresinden alındı.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.





#Araştırmacılar #yumuşak #robotik #oluşturmak #için #esnek #yeni #bir #sistem #geliştiriyor