Новая технология позволит интегрировать в мягких роботах датчики и контроллеры

Мягкие надувные роботы стали перспективной парадигмой для приложений, требующих безопасности и адаптивности. Однако интеграция сенсорных и управляющих систем в этих роботах представляет собой серьезную проблему, не нарушающую их мягкость, форм-фактор и возможности.

Для решения этой проблемы исследовательская группа под руководством профессора Джиюна Кима (факультет инженерии новых материалов, UNIST) и профессора Джонбума Бэ (факультет машиностроения, UNIST) разработала революционную технологию «мягкого клапана» — универсальное решение, интегрирующее датчики и управляющие клапаны при сохранении полной мягкости.

Традиционно мягкие тела роботов сосуществуют с жесткими электронными компонентами для обеспечения восприятия. В исследовании, проведенном данной исследовательской группой, представлен новый подход к преодолению этого ограничения путем создания мягких аналогов датчиков и управляющих клапанов, работающих без электричества. Полученная деталь в форме трубки выполняет двойную функцию: распознает внешние раздражители и точно управляет движением автомобиля, используя только давление воздуха.

Благодаря отсутствию необходимости в компонентах, зависящих от электричества, эти полностью мягкие клапаны обеспечивают безопасную работу под водой или в условиях, где возможно образование искр, и одновременно снижают весовую нагрузку на робототехнические системы. Кроме того, каждый компонент стоит недорого — около 800 вон.

Предыдущие мягкие роботы имели гибкие корпуса, но в качестве датчиков обнаружения стимулов и блоков управления приводами использовали жесткие электронные детали, — пояснил профессор Ким.

Наше исследование направлено на изготовление датчиков и блоков управления приводами из мягких материалов.

Исследовательская группа продемонстрировала различные варианты применения этой революционной технологии. Они создали универсальные щипцы, способные деликатно брать хрупкие предметы, такие как картофельные чипсы, предотвращая их поломку из-за чрезмерного усилия, прилагаемого обычными жесткими руками робота. Кроме того, они успешно применили эти полностью мягкие компоненты для разработки носимых роботов-локтевых помощников, предназначенных для снижения нагрузки на мышцы при выполнении повторяющихся задач или напряженной деятельности, связанной с движениями рук. Опора для локтя автоматически регулируется в зависимости от угла, под которым согнута рука человека, что позволило снизить силу, действующую на локоть при ношении робота, в среднем на 63%.

Мягкий клапан работает за счет использования воздушного потока в структуре, имеющей форму трубки. Когда к одному концу трубки прикладывается напряжение, спирально намотанная нить внутри сжимает ее, управляя притоком и оттоком воздуха. Такое движение, напоминающее аккордеон, обеспечивает точность и гибкость движений без использования электрической энергии.

Кроме того, исследователи подтвердили, что, программируя различные структуры или количество нитей внутри трубки, они могут точно управлять изменениями воздушного потока. Такая возможность программирования позволяет настраивать устройство в соответствии с конкретными ситуациями и требованиями, обеспечивая гибкость реакции приводного устройства даже при постоянном приложении внешних сил к концу трубки.

Эти новые компоненты могут быть легко применены только с помощью программирования материалов, без использования электронных устройств, — с воодушевлением отметил профессор Бэ.

Этот прорыв внесет значительный вклад в развитие различных носимых систем.

Эта революционная технология мягких клапанов знаменует собой значительный шаг на пути к созданию полностью мягких роботов без электроники, способных к автономному управлению, что является важнейшей вехой в повышении безопасности и адаптивности во многих отраслях промышленности.

Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.

15.09.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче

Исследователи из университета МИСИС усове...

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов

Новости компаний, релизы

40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
Гидрологи СПбГУ первыми в мире показали, что распределение микропластика в водах Ладожского озера зависит от температурного ...
Ученые Казанского аграрного университета нашли способ повысить урожайность картофеля в Татарстане
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
Президенту Узбекистана презентовали вертолет Ансат