Weiche Robotik hat begonnen, das Gebiet der Robotik zu übernehmen. Diese einzigartigen Roboter sind darauf spezialisiert, sich in engen Räumen zusammenzudrücken oder flexible Strukturen zu haben, die oft von der Natur inspiriert sind. Ein Team von Ingenieuren der Harvard University hat auf diesen „natürlichen“ weichen Robotern aufgebaut, indem sie sensorische Elemente hinzugefügt habenzu ihnen.
Die Hinzufügung der Harvard-Gruppe wäre eine der ersten Möglichkeiten, wie Roboter auf die Welt um sie herum reagieren und sie wahrnehmen könnten. Die Forscher veröffentlichten ihre Arbeit in der Zeitschrift Advanced Materials, und das Papier beschreibt, wie die Sensoren Bewegung, Druck, Berührung und genau erfassenTemperatur.
"Unsere Forschung stellt einen grundlegenden Fortschritt in der weichen Robotik dar", sagte Ryan Truby, Erstautor des Papiers und kürzlich an der SEAS promovierter Doktorand. "Unsere Fertigungsplattform ermöglicht die einfache Integration komplexer Sensormotive in weiche Robotersysteme."
Obwohl die Skalierbarkeit und Flexibilität von Soft Robotics erheblich verbessert wurde, sind Sensoren für Robotikingenieure weitgehend ein Kampf geblieben. Dies liegt hauptsächlich daran, dass Sensoren selbst häufig starr sind. Trotz der Flexibilität und Leichtigkeit der Bewegung für einen Soft Robot, strukturierte Sensoren würden den Roboter immer noch blockieren.
Um diese Kopfschmerzen zu überwinden, stellten die Forscher anstelle eines herkömmlichen Hardware-Sensors eine leitfähige Tinte auf Basis einer organischen ionischen Flüssigkeit her. Diese Tinte konnte dann in einen beliebigen 3D-Drucker eingesetzt und in die weichen Körper der Roboter gedruckt werden.
"Bisher waren die meisten integrierten Sensor- / Aktorsysteme in der weichen Robotik recht rudimentär", sagte Michael Wehner, ehemaliger Postdoktorand bei SEAS und Mitautor des Papiers. "Durch direktes Drucken von Sensoren für ionische Flüssigkeiten in diesen weichenSysteme eröffnen wir neue Wege für das Design und die Herstellung von Geräten, die letztendlich eine echte Regelung von weichen Robotern ermöglichen. "
Und um ihre Kreationen zu testen, wandte sich das Team an das Bioengineering-Labor von Professor Jennifer Lewis. Lewis ist Professor für biologisch inspiriertes Engineering an der SEAS und Mitglied der Kernfakultät des Wyss Institute. Sie sagte, die 3D-Drucktechnik heißt "Embedded 3D"Drucken "könnte die 'Sensing'-Tinte perfekt mit den Strukturen des weichen Körpers kombinieren.
"Diese Arbeit ist das neueste Beispiel für die Aktivierungsmöglichkeiten des eingebetteten 3D-Drucks - eine Technik, die von unserem Labor entwickelt wurde", sagte Lewis.
Das Team war mit den Ergebnissen überfordert. Sie druckten einen Robotergreifer mit drei Aktuatoren, um die Reaktionsfähigkeit der Tinte zu testen. Die Forscher setzten mehrere Kontaktsensoren ein, um der "Hand" bessere Berührungsideen zu geben.
"Die Funktions- und Designflexibilität dieser Methode ist beispiellos", sagte Truby. "Diese neue Tinte in Kombination mit unserem eingebetteten 3D-Druckverfahren ermöglicht es uns, sowohl Soft Sensing als auch Betätigung in einem integrierten Soft-Robotersystem zu kombinieren."
Die Forscher möchten das Studium der Anwendungen für diese Tinte erweitern und sie möglicherweise auf andere Elemente der 3D-gedruckten Robotik anwenden.
"Die weiche Robotik wird normalerweise durch herkömmliche Formtechniken eingeschränkt, die die Auswahl der Geometrie einschränken, oder im Fall des kommerziellen 3D-Drucks durch die Materialauswahl, die die Auswahl des Designs behindert", sagte Robert Wood, Charles River-Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften an der SEAS, Mitglied der Kernfakultät des Wyss Institute und Mitautor des Papiers. "Die im Lewis Lab entwickelten Techniken bieten die Möglichkeit, die Herstellung von Robotern zu revolutionieren - weg von sequentiellen Prozessen und die Schaffung komplexer und monolithischer Roboter mit eingebetteten Sensorenund Aktuatoren. "