Новые технологии движения для мягких роботов.

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новую конструкцию тепловых актуаторов, которые можно использовать для создания быстрых движений в мягких роботизированных устройствах.

"Использование теплового привода не является чем-то новым для мягких роботов, но самой большой проблемой для мягких тепловых приводов было то, что они были относительно медленными, а мы сделали их быстрыми", - говорит Йонг Жу, автор-корреспондент статьи и заслуженный профессор механической и аэрокосмической инженерии Университета штата Каролина Эндрю Адамс.

Приводы - это части устройства, например, мягкого робота, которые создают движение, преобразуя энергию в работу.

"Что заставляет этот новый дизайн актуатора работать, так это структура с бистабильной конструкцией", - говорит Шуанг Ву, первый автор статьи и аспирант NC State. "Представьте себе защелку для волос. Она стабильна, пока вы не приложите определенное количество энергии (согнув ее), и тогда она защелкивается в другую форму, которая также стабильна".

В случае с новым тепловым приводом материал является бистабильным, но то, какую форму предпочитает материал, диктуется температурой.

Вот как это работает. Исследователи накладывают два материала друг на друга, а в центре располагают серебряные нанопроволоки. Эти два материала имеют разные коэффициенты теплового расширения, что означает, что при нагревании они расширяются с разной скоростью. На практике это означает, что структура изгибается при нагревании.

Затем этому слоистому материалу придают такую форму, чтобы он по умолчанию был изогнут в одном направлении - допустим, вниз. Когда к серебряным нанопроводам прикладывается напряжение, материал нагревается, заставляя его изгибаться в другую сторону. При достижении определенной температуры - критической температуры - материал принимает свою новую стандартную форму, быстро изгибаясь вверх. Когда напряжение снимается, температура снова падает. После охлаждения до другой критической температуры материал возвращается к своей прежней форме по умолчанию, быстро изгибаясь вниз. Обратите внимание, что две критические температуры отличаются друг от друга; первая из них выше. Подавая ток на нанопровода по регулярной схеме, можно заставить материал щелкать взад и вперед.

Чтобы продемонстрировать технику, исследователи создали два прототипа. Один из прототипов имитирует поведение венерианской мухоловки, а другой представляет собой "гусеницу", способную перемещаться со скоростью более одной длины тела в секунду.

"Потенциальные области применения варьируются от биомедицинских приложений до протезов и высокотехнологичного производства", - говорит Жу. "Любая область применения, в которой вы хотите иметь возможность быстро перемещаться, но при этом избегать жестких материалов и традиционной робототехники".

Следующие шаги включают разработку датчиков и механизмов управления, которые могли бы более полно автоматизировать процесс приведения в действие, позволяя ему работать более эффективно, чем чисто ручное управление.

"Мы также заинтересованы в изучении других возможных материалов, чтобы мы могли точно настроить тепловые и механические свойства", - говорит Жу. "Это может позволить нам регулировать как скорость, так и силу привода".

Статья "Быстрые тепловые актуаторы для мягкой робототехники" опубликована в журнале Soft Robotics.