Исследователи из Гарварда строят пневматический осьминог

Описывая свою работу в журнале Nature, исследователи говорят, что мягкая робототехника может революционизировать взаимодействие людей с машинами. Предыдущие усилия по созданию полностью совместимых роботов столкнулись с препятствиями. Другие роботы с мягким телом содержали жесткие источники питания или были привязаны к внешним электрическим или пневматическим системам.

«Одним из давних замыслов в области мягкой робототехники было создание полностью мягких роботов, но борьба всегда заключалась в замене жестких компонентов, таких как аккумуляторы и электронные элементы управления, на аналогичные мягкие системы, а затем их объединение», - сказал он. Роберт Вуд, профессор Гарвардской школы инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона. «Это исследование показывает, что мы можем легко изготовить ключевые компоненты простого, полностью мягкого робота, который закладывает основу для более сложных конструкций».

Устройство шириной около 7 см, имеющее форму маленького осьминога, изготовлено из силиконовых гелей различной твердости. Октобот Гарварда основан на «пневматике», работает на газе под давлением, но не на сжатом воздухе. Вместо этого небольшое количество 50% -ного раствора перекиси водорода в топливном элементе реагирует с платиновым катализатором и превращает жидкость в большое количество газа, который течет в руки октобота и раздувает отсеки внутри восьми отдельных конечностей. Впоследствии вентиляция газа убирает руки в исходное положение.

Октобот не полагается на электронные средства управления. Вместо этого исследователи использовали микрофлюидную логику в качестве мягкого контроллера и встроенный метод 3D-печати из нескольких материалов для изготовления пневматических сетей в литом эластичном корпусе робота. Гибридный подход к сборке позволил команде использовать мягкую литографию, литье и 3D-печать для быстрого изготовления ряда материалов и функциональных элементов, необходимых для автономной, беспрепятственной работы мягкого робота.

Система обратных клапанов и переключающих клапанов в мягком контроллере регулирует поток жидкости в систему и через нее. Каналы потока шириной всего в несколько сотен микрон располагаются в мягком контроллере. В качестве электрической аналогии обратные клапаны, топливные баки, генератор, реакционные камеры, исполнительные механизмы и вентиляционные отверстия похожи на диоды, питающие конденсаторы, электрический генератор, усилители, конденсаторы и понижающие резисторы, соответственно.

Чтобы начать работу, 0,5 мл топлива закачивается через шприцевой насос в каждый из двух топливных резервуаров. Топливные резервуары упруго расширяются до давления примерно 50 кПа, заставляя топливо поступать в генератор. Осциллятор включает в себя систему прижимных и обратных клапанов, которые попеременно направляют топливо в нагруженные платиной реакционные камеры, где оно быстро разлагается. Обратные клапаны ниже по потоку предотвращают возврат полученного сжатого газа в мягкий регулятор и он поступает в исполнительные механизмы. Давление газа отклоняет приводы и выходит в атмосферу через вентиляционное отверстие. После выпуска воздуха поток топлива в одну реакционную камеру прекращается, и начинается поток в другую, инициируя аналогичную последовательность в другой нижерасположенной каталитической камере и сети привода.

Простота процесса сборки прокладывает путь к более сложным проектам, сказал Райан Труби, аспирант и соавтор статьи. Затем команда из Гарварда надеется создать пневматического осьминога, который может ползать, плавать и взаимодействовать с окружающей средой. Когда-нибудь мягких роботов можно будет использовать для хирургических операций или втиснуть инструменты или камеры в труднодоступные места.