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如今,大多數(shù)軟機(jī)器人依靠外部電源和控制,使它們與車外系統(tǒng)連接或用硬件組裝?,F(xiàn)在,來自哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)和加州理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了靈感來自折紙的軟機(jī)器人系統(tǒng),可以根據(jù)外部刺激移動和改變形狀,為完全不受束縛的軟件鋪平道路機(jī)器人。
“將活性材料整合到3D打印物體中的能力使得能夠設(shè)計和制造全新類型的軟機(jī)器人物質(zhì),”SEAS生物啟發(fā)工程的Hansjorg Wyss教授,共同主要作者Jennifer A. Lewis說。這項研究。
研究人員轉(zhuǎn)而使用折紙來制作多功能軟機(jī)器人。通過連續(xù)折疊,折紙可以在單個結(jié)構(gòu)中編碼多種形狀和功能。研究團(tuán)隊使用被稱為液晶彈性體的材料,在暴露于高溫時會改變形狀,研發(fā)團(tuán)隊可以三維打印兩種類型的軟鉸鏈,這些鉸鏈可以在不同的溫度下折疊,因此可以按照特定的順序進(jìn)行編程。
“通過我們的3D打印主動鉸鏈方法,我們可以在溫度響應(yīng),鉸鏈可以施加的扭矩量,??彎曲角度和折疊方向上實現(xiàn)完全可編程性。我們的制造方法有助于將這些有源元件與其他材料集成,” Arda Kotikian是SEAS和文理學(xué)研究生院的研究生,也是該論文的共同第一作者。
自推式Rollbot以平板開始,大約8厘米長,4厘米寬,當(dāng)放置在熱表面上時卷曲成五角形輪。嵌入在車輪五個側(cè)面中的每個側(cè)面上的鉸鏈在與表面接觸時折疊,推動車輪轉(zhuǎn)向下一側(cè)。當(dāng)鉸鏈從熱表面滾落時,它們展開并準(zhǔn)備好進(jìn)行下一個循環(huán)。
“使用鉸鏈可以更容易地編程機(jī)器人功能并控制機(jī)器人如何改變形狀。而不是讓軟機(jī)器人的整個身體以難以預(yù)測的方式變形,你只需要編程一些小的區(qū)域你的結(jié)構(gòu)將對溫度的變化做出反應(yīng),“加州理工學(xué)院的研究生,該論文的共同第一作者Connor McMahan說。
為了演示這種方法,Kotikian,McMahan和團(tuán)隊構(gòu)建了幾個軟設(shè)備,包括一個綽號為“Rollbot”的無繩軟機(jī)器人。Rollbot以平板開始,長約8厘米,寬約4厘米。當(dāng)放置在約200°C 的熱表面上時,一組鉸鏈折疊并且機(jī)器人卷曲成五角形輪。
另一組鉸鏈嵌在車輪的五個側(cè)面中的每一個上。鉸鏈在與熱表面接觸時折疊,推動輪轉(zhuǎn)向下一個鉸鏈折疊的下一側(cè)。當(dāng)它們從熱表面滾落時,鉸鏈展開并準(zhǔn)備好進(jìn)行下一個循環(huán)。
該設(shè)備演示了順序折疊。它可以在加熱時折疊成類似于回形針的緊湊折疊形狀,并在冷卻時展開。圖片來源:Lori Sanders / Harvard SEAS
“許多現(xiàn)有的軟機(jī)器人需要系繩連接到外部動力和控制系統(tǒng),或者受到它們施加的力量的限制。這些主動鉸鏈非常有用,因為它們允許軟機(jī)器人在系繩不實用的環(huán)境中操作并且可以多次抬起物體比鉸鏈重,“麥克馬漢說。
當(dāng)放置在熱環(huán)境中時,另一種裝置可折疊成類似于回形針的緊湊折疊形狀,并在冷卻時展開。
當(dāng)頂部鉸鏈致動溫度從環(huán)境溫度升高到100°C時,該設(shè)備演示順序折疊,在底部鉸鏈致動的情況下達(dá)到150°C。圖片來源:Lori Sanders / Harvard SEAS
“這些不受束縛的結(jié)構(gòu)可以被動控制,”Kotikian說。“換句話說,我們需要做的就是將結(jié)構(gòu)暴露在特定的溫度環(huán)境中,它們將根據(jù)我們對鉸鏈進(jìn)行編程的方式做出響應(yīng)。”
雖然這項研究只關(guān)注溫度響應(yīng),但液晶彈性體也可以編程,以響應(yīng)光,pH,濕度和其他外部刺激。
“這項工作展示了建筑復(fù)合材料中響應(yīng)聚合物的組合如何能夠?qū)е虏牧显诓煌拇碳は伦詣訂?。將來,這些材料可以編程執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù),模糊材料和機(jī)器人,“加州理工學(xué)院機(jī)械工程和應(yīng)用物理學(xué)教授,該研究的共同主要作者Chiara Daraio說。
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