Конкурс исследований достижений Soft-robotics Designs

Организация Soft Robotics Toolkit предоставляет всесторонние ресурсы, чтобы помочь студентам и исследователям научиться проектировать, изготавливать, моделировать и тестировать мягкие роботизированные устройства. Она возникла в результате исследований и разработок в Гарвардском университете и Тринити-колледже в Дублине, которые были сосредоточены на разработке лучших учебных комплектов для практических курсов по дизайну. Вот обзор известных проектов этого года.

3D силиконовый принтер. Приз за вклад в исследования Soft Robotics был присужден за 3D-силиконовый принтер, разработанный командой mLab Robotics в Университете штата Орегон. Сообщается, что 3D-силиконовый принтер адаптирует производство добавок к миру мягкой робототехники. Группа разработала микромасштабную систему активного смешивания, которая позволяет практично печатать 3D-изображения из двухкомпонентных силиконов.

Успешная 3D-печать устраняет необходимость в кропотливых и трудоемких методах формования, таких как литье методом ламинирования, литье с выдвижным штифтом, литье по выплавляемым восковым моделям и ротационное формование. Такие традиционные процессы ограничивают возможные геометрические формы, сложность и масштаб мягких компонентов и вызывают изменчивость изготовления, которая ограничивает повторяемость.

Но современные 3D-принтеры, как правило, полагаются на более твердые материалы и не способны печатать 3D-детали с такими же мягкими внутренними структурами, как их формованные аналоги. Чтобы использовать вязкоупругие материалы и преодолеть ограничения деформации, исследователи сосредоточились на методах прямой чернил (DIW). Команда разработала экструзионную систему, которая сочетает в себе аспекты предыдущих исследований: активный смеситель и контролируемая термообработка.

3D-принтер с улучшенным механизмом экструдера может изготавливать мягких функциональных роботов из двухкомпонентного платинового силиконового материала. Послойная технология 3D DIW, в отличие от мягкой литографии и литья по выплавляемым моделям, не требует вмешательства человека, вносит меньше погрешностей в размерах и сокращает время изготовления более чем на 50%. Получающиеся в результате мягкие роботы с 3D-печатью, как сообщается, соответствуют или превосходят характеристики своих отлитых аналогов, будучи при этом более прочными и надежными.

Ламинарное глушение. На втором месте в категории исследований оказались ламинарные конструкции с помехами из Гарвардской лаборатории биороботики Гарвардского университета. Эти структуры могут чередоваться между очень гибкими и чрезвычайно жесткими состояниями, когда применяется градиент давления. Таким образом, мягкие робототехнические компоненты с ламинарным заклиниванием могут избирательно демонстрировать механические свойства традиционных жестких роботов.

Laminar Jamming Structures (LJS) состоят из сложенных слоев тонких, гибких листов, заключенных в воздухонепроницаемую сумку, которая позволяет компонентам соответствовать сложной форме - например, для носимых устройств в биомедицинских приложениях. Выбор материала и количества слоев в этих структурах также можно использовать для настройки требуемой жесткости и демпфирующей способности для конкретных применений.

Применение вакуума к воздухонепроницаемой оболочке приводит в действие устройство. Усиленное взаимодействие при трении вызывает связь между слоями и резко увеличивает изгибную жесткость конструкции, которая ведет себя как единая балка. Кроме того, при высоких нагрузках напряжение сдвига вызывает проскальзывание слоев, что приводит к рассеиванию энергии при сухом трении. Короче говоря, когда применяется вакуум, структуры могут переходить из очень податливого состояния в более жесткое или амортизирующее.

Конструкции могут быть спроектированы так, чтобы сжимать, оборачивать или захватывать, в зависимости от приложенного вакуумного давления, или оставаться гибкими, когда вакуум отключен. В сочетании с мягким приводом они могут заблокироваться в произвольной форме после заклинивания. Ламинарное заклинивание также может эффективно настраивать динамические реакции реальных роботизированных структур и систем. И ударная реакция мягких структур может быть настроена для сохранения или рассеивания энергии по желанию.

Движение всей кожи. Победителями в категории колледжа стали студенты инженерного колледжа им. Франклина В. Олина за локомоцию по цельной коже, управляемой сплавом с памятью формы. Дизайн исследовал возможность использования локомоции на всю кожу, чтобы облегчить непрерывное движение вытянутого заполненного жидкостью тора. Он использовал сплав с памятью формы в качестве сжимающихся колец, что позволяет прототипу тора двигаться вперёд.