Was wäre, wenn Spinnen bei Nähten in Operationen helfen oder in gefährlichen und kleinen Räumen eingesetzt werden könnten? Ein Team von Robotern verwirklicht dies mit ihren innovativen weichen Robotern.
Inspiriert von alltäglichen Spinnentieren sind diese weichen Roboter nur wenige Zentimeter groß und enthalten die Werkzeuge, die erforderlich sind, um dort erfolgreich zu sein, wo starre Roboter dies nicht können. Robotiker und Forscher vom Wyss Institute for Biological Inspired Engineering der Harvard University, H Arvard John A. Paulson School für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften SEAS und Boston University sind die Menschen hinter diesen winzigen Roboterkreaturen.
Die Roboter-Soft-Spider zeigt, wie Roboter im Millimeterbereich mit mikrometergroßen Funktionen immer noch eine leistungsstarke und beeindruckende Leistung bieten können.
Inspiration für die Roboterspinne kam von der millimetergroßen australischen Pfauenspinne. Der Roboter selbst verwendet ein einziges elastisches Material, das sich in Form bringen, bewegen und Farbe haben kann.
„Die kleinsten weichen Robotersysteme sind in der Regel immer noch sehr einfach, mit normalerweise nur einem Freiheitsgrad, was bedeutet, dass sie nur eine bestimmte Änderung der Form oder Art der Bewegung auslösen können“, sagte Sheila Russo, Mitautorin derStudie: „Durch die Entwicklung einer neuen Hybridtechnologie, bei der drei verschiedene Herstellungstechniken zusammengeführt werden, haben wir eine weiche Roboterspinne geschaffen, die nur aus Silikonkautschuk mit 18 Freiheitsgraden besteht und Änderungen in Struktur, Bewegung und Farbe sowie winzige Merkmale im Mikrometer umfasstReichweite."
Die Forscher haben die Studie in einer kürzlich erschienenen Ausgabe von Advanced Materials veröffentlicht.
Aufbau einer hilfreichen Robo-Spinne
Das Team wusste, dass es bei der Erstellung dieses winzigen Roboters Einfluss darauf haben könnte, wie andere kleine Soft-Robotics-Systeme erstellt wurden.
Robert Wood ist Mitglied der Kernfakultät und Co-Leiter des Bioinspired Soft Robotics-Programms am Wyss Institute. Wood ist außerdem Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften im SEAS-Programm von Harvard.
„Im Bereich der weichen Robotergeräte kann dieser neue Herstellungsansatz den Weg ebnen, um in diesem kleinen Maßstab ähnliche Komplexitäts- und Funktionsniveaus zu erreichen, wie sie ihre starren Gegenstücke aufweisen“, sagte Wood. „In Zukunft kann dies möglich seinhelfen uns auch dabei, Struktur-Funktions-Beziehungen bei kleinen Tieren viel besser zu emulieren und zu verstehen als starre Roboter. "
Die winzige Robo-Spinne war als Microfluidic Origami für rekonfigurierbare pneumatische / hydrolische Geräte oder kurz MORPH bekannt. Um MORPH zum Leben zu erwecken, verwendete das Team eine Lithografietechnik, um 12 Schichten elastischen Silikons zur Herstellung der weichen Spinne herzustellenKörper. Jede Schicht des Körpers wird mithilfe einer Mikrobearbeitungstechnik präzise geschnitten. Die Schichten werden dann miteinander verbunden, um die 3D-Struktur der Spinne zu erzeugen.
Die Spinne in Bewegung zu setzen war jedoch eine weitere Aufgabe. Das Team musste Mikrofluidikkanäle sorgfältig in die elastischen Silikonschichten einweben. Die Forscher verwendeten spritzinduzierte selbstfaltende und unter Druck stehende Kanäle. Bei bestimmten Drücken waren die einzelnen Schichten derDer Roboter bewegt sich als Reaktion und bewegt so die Schichten darüber und darunter.
"Wir können diesen origamiartigen Faltvorgang präzise steuern, indem wir die Dicke und relative Konsistenz des an die Kanäle angrenzenden Silikonmaterials über verschiedene Schichten variieren oder in verschiedenen Abständen von den Kanälen laserschneiden. Während der Druckbeaufschlagung funktionieren die Kanäle dannals Aktuatoren, die einen dauerhaften Strukturwandel auslösen ", sagte der erste und entsprechende Autor Tommaso Ranzani, Ph.D., der die Studie als Postdoktorand in Woods Gruppe begann und jetzt auch Assistenzprofessor an der Boston University ist.
Die verbleibenden Kanäle wurden dann als Aktuatoren verwendet, um den Augen Farbe zu verleihen und die Farbmuster zu simulieren, die auf den realen Gegenstücken des Roboters gefunden wurden.
„Dieses erste MORPH-System wurde in einem einzigen monolithischen Prozess hergestellt, der in wenigen Tagen durchgeführt und bei Designoptimierungsbemühungen leicht wiederholt werden kann“, sagte der erste und entsprechende Autor Tommaso Ranzani, der die Studie als Postdoktorand in Woods Gruppe begannund ist jetzt auch Assistenzprofessor an der Boston University.
Anwendungen des MORPH-Systems
Die Forscher hoffen, dass diese winzige, aber effektive Spinne in einer Vielzahl von Situationen hilfreich sein kann.
„Der MORPH-Ansatz könnte das Gebiet der weichen Robotik für Forscher öffnen, die sich stärker auf medizinische Anwendungen konzentrieren, bei denen die geringeren Größen und die Flexibilität dieser Roboter einen völlig neuen Ansatz für Endoskopie und Mikrochirurgie ermöglichen könnten“, sagte Donald Ingber, Direktor des Wyss-Instituts, der auch Judah Folkman Professor für Gefäßbiologie an der HMS und das Programm für Gefäßbiologie am Boston Children's Hospital sowie Professor für Bioingenieurwesen an der SEAS ist.