Ochranný štít pre robotov inšpirovaný pásavcom

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Vedci vytvorili nový ochranný modul pre roboty.

• Systém sa pri náraze automaticky zvinie.

• Modul odolá sile o veľkosti 10 newtonov.

Mäkká robotika a flexibilná elektronika čelia problému s ochranou voči vonkajšiemu poškodeniu. Tradičné ochranné štruktúry sú pevné, čo obmedzuje ich použiteľnosť. Vedci z North Carolina State University preto navrhli ochranný modul inšpirovaný obranným mechanizmom pásavca.

Konvenčné ohybné systémy často zlyhávajú pri kontakte s bežnými prekážkami. Inžinieri preto hľadali riešenie v biológii, kde evolúcia formovala zvieracie panciere milióny rokov. Výsledný modul dokáže rozoznať spektrum podnetov od dotyku až po silný náraz.

Zdroj foto: Jianyu Zhou, NC State University

Ochranný mechanizmus funguje vďaka spolupráci troch rôznych vrstiev kompozitného materiálu. Stredná vrstva plní úlohu senzorického a svalového systému, zatiaľ čo vonkajší plášť slúži na rozptýlenie kinetickej energie. Súčasťou konštrukcie je aj expanzná páska a vodivá textília, ktoré koordinujú proces sťahovania.

Keď snímač zachytí mechanické napätie, riadiaca jednotka aktivuje vyhrievaciu vrstvu. V reakcii na teplo sa elastomér stiahne a celý modul sa zvinie do tvaru gule. Vnútorný skelet sa pevne uzamkne, čím dočasne zvýši štrukturálnu pevnosť celej konštrukcie.

Po pominutí ohrozenia sa ochranný štít opäť uvoľní a vráti do ohybného stavu. Pri testovaní konštrukcie s desiatimi segmentovými šupinami modul vydržal tlak desať newtonov. Toto riešenie môže v budúcnosti chrániť drony alebo poslúžiť pri výrobe bezpečnostných odevov.

Robot inšpirovaný pásavcom slúži aj ako vzor pre vývoj nových foriem pohybu. Pridanie funkcie kotúľania k tradičnému plazeniu zvyšuje rýchlosť presunu v priestore. Pri testovaní prototypu robota s hmotnosťou 2,35 kg systém dosiahol pri plazení rýchlosť 0,192 m/s.

Pri prepnutí do režimu kotúľania sa rýchlosť pohybu zvýšila na 0,464 m/s. Prepínanie medzi týmito dvoma režimami zabezpečuje jediný elektromotor. Zariadenie tak šetrí energiu a dokáže sa ľahšie prispôsobiť prekážkam na rovnom povrchu.

Prechod na rotačný pohyb zabezpečujú nohy v tvare oblúka. Tento šesťramenný mechanizmus trupu spája jednoduché ovládanie s vysokou odolnosťou konštrukcie. Kombinácia mechanickej ochrany a multifunkčnej pohyblivosti otvára cestu k tvorbe odolnejších zariadení.

Tieto inovácie dokazujú, že štúdium zvierat prináša použiteľné výsledky pre inžiniersku prax. Spojenie materiálov citlivých na teplo a priestorovej tlače umožňuje výrobu prvkov s presne stanovenými parametrami. Vďaka tomu sa dajú ochranné vlastnosti nastaviť podľa konkrétnych požiadaviek prevádzky.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Modul zaisťuje ochranu robotov a elektroniky bez straty ohybnosti v terénnych podmienkach.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT/Jianyu Zhou, NC State University

Zobrazit Galériu