Новости

Jul 11, 2023

Away Team Droid Tech: роботы-гусеницы для исследования планет

Исследователи из Университета штата Северная Каролина продемонстрировали мягкого робота, похожего на гусеницу, который может двигаться вперед, назад и нырять в узкие пространства. Движение робота-гусеницы осуществляется за счет

Исследователи из Университета штата Северная Каролина продемонстрировали мягкого робота, похожего на гусеницу, который может двигаться вперед, назад и нырять в узкие пространства. Движение робота-гусеницы приводится в движение новым узором из серебряных нанопроводов, которые используют тепло для управления изгибом робота, позволяя пользователям направлять робота в любом направлении.

«Движение гусеницы контролируется локальной кривизной ее тела — ее тело изгибается по-разному, когда она тянется вперед, чем когда она толкает себя назад», — говорит Юн Чжу, автор статьи об этой работе и Эндрю А. Адамса. Заслуженный профессор машиностроения и аэрокосмической техники штата Северная Каролина. «Мы черпали вдохновение из биомеханики гусеницы, чтобы имитировать эту локальную кривизну, и использовали нагреватели нанопроволоки для управления аналогичной кривизной и движением робота-гусеницы.

«Разработка мягких роботов, которые могут двигаться в двух разных направлениях, является серьезной проблемой в области мягкой робототехники», — говорит Чжу. «Встроенные нагреватели из нанопроводов позволяют нам управлять движением робота двумя способами. Мы можем контролировать, какие секции робота сгибаются, управляя характером нагрева мягкого робота. И мы можем контролировать степень изгиба этих секций, контролируя количество подаваемого тепла».

Робот-гусеница состоит из двух слоев полимера, которые по-разному реагируют на воздействие тепла. Нижний слой сжимается или сжимается под воздействием тепла. Верхний слой расширяется под воздействием тепла. Узор из серебряных нанопроволок внедрен в расширяющийся слой полимера. Модель включает в себя несколько точек, куда исследователи могут подать электрический ток. Исследователи могут контролировать, какие участки структуры нанопроволок нагреваются, прикладывая электрический ток к различным точкам вывода, а также могут контролировать количество тепла, подавая больший или меньший ток.

«Мы продемонстрировали, что робот-гусеница способен двигаться вперед и назад», — говорит Шуан Ву, первый автор статьи и научный сотрудник NC State. «В целом, чем больший ток мы прикладываем, тем быстрее он будет двигаться в любом направлении. Однако мы обнаружили, что существует оптимальный цикл, который дает полимеру время остыть, эффективно позволяя «мышцам» расслабиться перед новым сокращением. Если мы пытались вращать робота-гусеницу слишком быстро, тело не успевало «расслабиться» перед новым сокращением, что ухудшало его движение».

Демонстрация прохождения ползущего робота через неглубокую глубокую щель. (A) Вид сбоку ползущего робота во время перехода от привода A к приводу B. (B) Наложенные фотографии, показывающие историю движения в (A), и соответствующая схема, показывающая препятствия, через которые может пройти ползущий робот. (C) Сравнение ползущего робота и препятствия, которое образует ограниченный туннель с полом. (D) Снимки робота, проходящего через этот ограниченный туннель и снова проходящего задним ходом, чтобы вернуться в исходное местоположение. – Государство Северной Каролины/Наука

Исследователи также продемонстрировали, что движением робота-гусеницы можно управлять до такой степени, что пользователи могут направить его под очень небольшой зазор – аналогично тому, как направляют робота, чтобы он проскользнул под дверь. По сути, исследователи могли контролировать движение как вперед, так и назад, а также то, насколько высоко робот наклоняется вверх в любой момент этого процесса.

«Этот подход к управлению движением мягкого робота очень энергоэффективен, и мы заинтересованы в поиске способов сделать этот процесс еще более эффективным», — говорит Чжу. «Дополнительные следующие шаги включают интеграцию этого подхода к мягкому передвижению роботов с датчиками или другими технологиями для использования в различных приложениях, таких как поисково-спасательные устройства».

Бумага, "Мягкий ползущий робот в стиле Caterpillar с распределенным программируемым тепловым срабатыванием (открытый доступ) », было опубликовано 22 марта в журнале Science Advances. Соавтором статьи является Цзе Инь, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина; Яойе Хонг, доктор философии. студент штата Северная Каролина; и Яо Чжао, постдокторант из штата Северная Каролина.