Inovatívny robot nepotrebuje na pohyb motory ani prevodovky

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Mäkký robot využíva tekuté elastoméry reagujúce na zmeny teploty.

• Systém funguje úplne bez klasických motorov alebo mechanických prevodov.

• Flexibilné plošné spoje sú integrované priamo vo vnútri konštrukčných kĺbov.

Inžinieri z Princetonskej univerzity vyvinuli robota, ktorý sa dokáže pohybovať bez jediného motora alebo ozubeného prevodového mechanizmu. Zariadenie pri pohybe využíva iba lokálne teplo a aplikuje známe princípy tradičného japonského umenia origami. Bežné mäkké roboty zvyčajne vyžadujú externé pneumatické pumpy, čo výrazne obmedzuje ich celkovú hmotnosť a minimálne rozmery.

Nový prístup spolieha na inovatívnu kombináciu na teplo citlivých pokročilých materiálov a flexibilnej elektroniky integrovanej v štruktúre. Základom konštrukčného dizajnu je špeciálny polymér odborne nazývaný ako tekutý kryštalický elastomér. Tento materiál má vnútorne usporiadanú molekulárnu štruktúru, vďaka ktorej cielene mení svoj tvar pri vystavení zvýšenej teplote.

Tekuté kryštalické elastoméry patria do skupiny moderných materiálov, ktoré dokážu reagovať na vonkajšie podnety reverzibilnou zmenou svojej geometrie. Schopnosť vrátiť sa do pôvodného stavu po ukončení zahrievania je absolútne kľúčová pre cyklické fungovanie robotických súčiastok. Tento prístup znižuje poruchovosť spojenú s trením bežných mechanických dielov a redukuje celkovú energetickú náročnosť pohybu.

Zdroj foto: Princeton University

Výskumníci na výrobu využili modifikovanú 3D tlačiareň, prostredníctvom ktorej priamo naprogramovali orientáciu molekúl v jednotlivých zónach. Takýmto spôsobom vytvorili priamo v štruktúre materiálu oblasti fungujúce ako skryté ohybné pánty. Po cielenom zahriatí sa tieto pánty predvídateľne zmršťujú, čo spôsobuje plynulé skladanie celej konštrukcie podľa definovanej sekvencie.

Pre presné riadenie teploty v konkrétnych bodoch tím úspešne implementoval plne flexibilné dosky plošných spojov. Tieto tenké elektronické komponenty s vyhrievacími prvkami boli do pántov zabudované už počas samotného procesu 3D tlače. Priame vloženie elektroniky eliminuje potrebu neskoršieho upevňovania externých káblov a udržuje celý systém veľmi kompaktný.

Zabudované miniatúrne teplotné senzory neustále odosielajú dáta do riadiaceho softvéru, ktorý aktívne kompenzuje drobné odchýlky pri opakovanom pohybe. Riadenie aktivácie pohybu závisí výlučne od toho, ktorú konkrétnu časť svojej konštrukcie riadiaci systém zahreje.

Na preukázanie funkčnosti experimentálneho konceptu vedci zostrojili robotického vtáka v tvare klasického papierového origami žeriava. Zariadenie na odoslaný príkaz opakovane mávalo krídlami a vracalo sa do pôvodného tvaru bez akéhokoľvek pozorovateľného opotrebenia.

Výsledky tohto prelomového materiálového výskumu boli nedávno publikované v poprednom odbornom periodiku Advanced Functional Materials. Odstránenie pevných súčiastok aktuátorov otvára celkom nové možnosti pre nasadenie mäkkej robotiky v reálnej praxi.

Vysoká flexibilita predurčuje tieto mechanizmy na bezpečnú manipuláciu s krehkými predmetmi alebo navigáciu v úzkych industriálnych priestoroch. V budúcnosti by podobné princípy mohli slúžiť ako biokompatibilné lekárske implantáty na presné doručovanie liečiv v ľudskom tele.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Odstránenie pevných komponentov umožňuje vznik bezpečných a vysoko flexibilných systémov pre medicínske aj priemyselné aplikácie.

Zdroj: newatlas.com foto: Princeton University

Zobrazit Galériu