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

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...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни

Новости компаний, релизы

Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения