Гарвардські дослідники будують пневматичний восьминога

Описуючи свою роботу в журналі Nature, дослідники сказали, що м'яка робототехніка може зробити революцію в взаємодії людей з машинами. Попередні зусилля по створенню повністю сумісних роботів стикалися з дорожніми блоками. Інші роботи з м'яким тілом розміщували жорсткі джерела живлення або були приєднані до зовнішніх електричних чи пневматичних систем.

"Одне давнє бачення галузі м'якої робототехніки полягало у створенні роботів, які повністю м'які, але боротьба завжди полягала в заміні жорстких компонентів, таких як батареї та електронні елементи керування, аналогічними м'якими системами, а потім укладаючи їх разом" Роберт Вуд, професор Гарвардської школи Джона А. Полсона з інженерно-прикладних наук. "Це дослідження демонструє, що ми можемо легко виготовити ключові компоненти простого, цілком м'якого робота, який закладає основу для більш складних конструкцій".

Прилад, розмір якого становить близько 7 см, і має форму маленького восьминога, виготовлений з силіконових гелів різної твердості. Гарвардський октобот має «пневматичну» основу, працює від газу під тиском, але не стисненим повітрям. Натомість невелика кількість 50% розчину перекису водню в паливному елементі вступає в реакцію з платиновим каталізатором і перетворює рідину у велику кількість газу, який надходить у руки октоботу та надуває відділення всередині восьми окремих кінцівок. Згодом вентиляція газу відводить руки в початкове положення.

Octobot не покладається на електронне управління. Натомість дослідники використовували мікрофлюїдну логіку як м'який контролер та багатоматеріальний вбудований метод 3D-друку для виготовлення пневматичних мереж у формуваному еластомерному корпусі робота. Гібридний підхід до складання дозволяє команді використовувати м'яку літографію, ліплення та 3D-друк для швидкого виготовлення цілого ряду матеріалів та функціональних елементів, необхідних для автономної, безперешкодної роботи м'якого робота.

Система зворотних клапанів і перемикаючих клапанів всередині м'якого контролера регулює потік рідини в систему і через неї. Потокові канали шириною лише кілька сотень мікрон узоруються у м'який контролер. Як електрична аналогія, зворотні клапани, паливні баки, генератор, реакційні камери, пускачі та вентиляційні отвори схожі на діоди, конденсатори живлення, електричний генератор, підсилювачі, конденсатори та резистори.

Для початку роботи по 0,5 мл палива вливають через шприц-насос у кожний з двох резервуарів палива. Резервуари з паливом пружно розширюються до тиску приблизно 50 кПа, примушуючи паливо в генератор. Осцилятор включає систему щипкових і зворотних клапанів, які по черзі подають паливо в реакційні камери, навантажені платиною, де він швидко розкладається. Зворотні клапани нижче за течією запобігають поверненню в результаті газу під тиском до м'якого контролера, і він надходить до виконавчих механізмів. Тиск газу відхиляє приводи та виводить в атмосферу через вентиляційний отвір. Після випуску вентиляції потік палива в одну реакційну камеру припиняється, а потік в іншу починається, ініціюючи подібну послідовність в іншій каталітичній камері та мережі виконавчого механізму.

Простота процесу складання відкриває шлях до більш складних конструкцій, сказав Райан Трубі, аспірант та співавтор статті. Далі команда Гарварду сподівається створити пневматичний восьминога, який може повзати, плавати та взаємодіяти з його оточенням. Колись м'які роботи можуть бути використані для хірургічних операцій або видавлювання інструментів чи камер у важкодоступні місця.