Harvardi teadlased ehitavad pneumaatilise kaheksajala

Kirjeldades oma tööd ajakirjas Nature, ütlesid teadlased, et pehme robootika võib muuta revolutsiooni inimeste masinatega suhtlemise osas. Varasemad jõupingutused täielikult nõuetele vastavate robotite ehitamiseks on silmitsi olnud takistustega. Muud pehmete keredega robotid sisaldasid jäika toiteallikat või olid ühendatud väliste elektriliste või pneumaatiliste süsteemidega.

"Pehme robootika valdkonna üheks pikaajaliseks visiooniks on olnud täiesti pehmete robotite loomine, kuid võitlus on alati olnud jäikade komponentide, näiteks patareide ja elektrooniliste juhtseadmete asendamisega analoogsete pehmete süsteemidega ja selle kokku panemisega," ütles ta. Robert Wood, Harvardi John A. Paulsoni tehnika- ja rakendusteaduste kooli professor. "See uuring näitab, et suudame hõlpsalt toota lihtsa, täiesti pehme roboti põhikomponente, mis paneb aluse keerukamatele kujundustele."

Seade, mille läbimõõt on umbes 7 cm ja on väikese kaheksajala kujuga, on valmistatud erineva karedusega silikoongeelidest. Harvardi oktoobritüüp on „pneumaatiline“, seda toidab rõhu all olev gaas, kuid mitte suruõhk. Selle asemel reageerib väike kogus 50% vesinikperoksiidi lahust kütuseelemendis plaatinakatalüsaatoriga ja muundab vedeliku suures koguses gaasi, mis voolab oktooboti süles ja täidab sektsioonid kaheksa eraldi jäseme sees. Seejärel tõmmatakse gaasi väljatõmbamine relvad algasendisse.

Kaheksajalg ei toetu elektroonilistele juhtimisseadmetele. Selle asemel kasutasid teadlased mikrokontrollloogikat pehme kontrollerina ja mitme materjaliga manustatud 3D-printimismeetodit, et valmistada pneumaatilisi võrke vormitud elastomeerses robotkorpuses. Hübriidsõlme lähenemisviis võimaldas meeskonnal kasutada pehmet litograafiat, vormimist ja 3D-printimist, et kiiresti valmistada mitmesuguseid materjale ja funktsionaalseid elemente, mis on vajalikud pehme roboti autonoomseks, lõastamata tööks.

Pehme kontrolleri sees olevate tagasilöögiklappide ja lülitusventiilide süsteem reguleerib vedeliku voolu süsteemi ja läbi selle. Voolukanalid, mis on vaid mõnesaja mikroni laiused, on mustrisse lülitatud. Elektrilise analoogiana vastavad tagasilöögiklapid, kütusepaagid, ostsillaator, reaktsioonikambrid, ajamid ja õhuavad vastavalt dioodidele, toitekondensaatoritele, elektrilisele ostsillaatorile, võimenditele, kondensaatoritele ja tõmbetakistitele.

Töö alustamiseks infundeeritakse süstlapumba kaudu 0,5 ml kütust mõlemasse kahesse kütusemahutisse. Kütusemahutid laienevad elastselt rõhuni umbes 50 kPa, sundides kütust ostsillaatorisse. Ostsillaator sisaldab näputäis- ja tagasilöögiklappe, mis suunavad kütuse vaheldumisi plaatinaga koormatud reaktsioonikambritesse, kus see laguneb kiiresti. Allvoolu tagasilöögiklapid takistavad tekkiva rõhu all oleva gaasi naasmist pehmele kontrollerile ja see voolab täiturmehhanismidesse. Gaasirõhk suunab ajamid välja ja väljub õhutusava kaudu atmosfääri. Pärast õhutamist peatub kütusevoog ühte reaktsioonikambrisse ja voolab teise, algatades samasuguse jada teises allavoolu katalüsaatorikambris ja ajamivõrgus.

Montaažiprotsessi lihtsus sillutab teed keerukamatele kujundustele, ütles kraadiõppur ja paberi kaasautor Ryan Truby. Järgmisena loodab Harvardi meeskond kujundada pneumaatilise kaheksajala, mis suudaks roomata, ujuda ja suhelda oma keskkonnaga. Kunagi võib pehmeid roboteid kasutada kirurgilisteks operatsioonideks või tööriistade või kaamerate pigistamiseks raskesti ligipääsetavates kohtades.