Harvard-forskere bygger pneumatisk blæksprutte

Forskerne beskrev deres arbejde i tidsskriftet Nature og sagde, at blød robotik kunne revolutionere, hvordan mennesker interagerer med maskiner. Tidligere bestræbelser på at bygge fuldstændigt kompatible robotter har været udsat for spærringer. Andre blødgørede robotter har stive strømforsyninger eller er bundet til eksterne elektriske eller pneumatiske systemer.

"En langvarig vision for området blød robotik har været at skabe robotter, der er helt bløde, men kampen har altid været i at erstatte stive komponenter som batterier og elektroniske kontroller med analoge bløde systemer og derefter sætte det hele sammen," sagde Robert Wood, professor ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. ”Denne undersøgelse viser, at vi let kan fremstille nøglekomponenterne i en simpel, helt blød robot, der lægger grundlaget for mere komplekse design.”

Enheden, som måler omkring 7 cm på tværs og er formet som en lille blæksprutte, er lavet af silikone geler med forskellig hårdhed. Harvards octobot er "pneumatisk" baseret, drevet af gas under tryk, men ikke komprimeret luft. I stedet reagerer en lille mængde af 50% hydrogenperoxidopløsning i en brændselscelle med en platinkatalysator og omdanner væsken til en stor mængde gas, der strømmer ind i octobotens arme og oppustes rum i de otte separate lemmer. Efterfølgende trækkes udluftningen af armerne tilbage til deres oprindelige position.

Octobotten er ikke afhængig af elektroniske kontroller. I stedet brugte forskerne mikrofluidisk logik som en blød controller og en multi-materiale, indlejret 3D-udskrivningsmetode til at fremstille pneumatiske netværk i en støbt, elastomer robotkrop. En hybrid monteringsmetode lader teamet bruge blød litografi, støbning og 3D-udskrivning til hurtigt at fremstille en række materialer og funktionelle elementer, der kræves til autonom, ubundet drift af en blød robot.

Et system med tilbagekoblingsventiler og koblingsventiler i den bløde regulator regulerer væskestrøm ind i og gennem systemet. Flow-kanaler, der kun er nogle få hundrede mikron brede, er mønstre i den bløde controller. Som en elektrisk analogi er tilbagekoblingsventiler, brændstoftanke, oscillator, reaktionskamre, aktuatorer og udluftningsåbninger beslægtet med henholdsvis dioder, forsyningskondensatorer, elektrisk oscillator, forstærkere, kondensatorer og nedtrapningsmodstand.

For at begynde driften indsprøjtes 0,5 ml brændstof via en sprøjtepumpe i hvert af to brændstofbeholdere. Brændstofbeholdere ekspanderer elastisk til et tryk på ca. 50 kPa og tvinger brændstof ind i oscillatoren. Oscillatoren inkluderer et system med klemme- og kontrolventiler, der skiftevis dirigerer brændstof ind i de platinbelastede reaktionskamre, hvor den hurtigt nedbrydes. Nedstrøms kontrolventiler forhindrer den resulterende trykgas i at vende tilbage til den bløde regulator, og den strømmer til aktuatorerne. Gastryk afbøjer aktuatorerne og udsuges til atmosfæren gennem en udluftningsåbning. Ved udluftning stopper brændstofstrømmen ind i det ene reaktionskammer, og strømmen til det andet begynder, idet en lignende sekvens initieres i det andet nedstrøms katalytiske kammer og aktuatornetværk.

Enkelheden i monteringsprocessen baner vejen for mere komplekse design, sagde Ryan Truby, en kandidatstuderende og medforfatter af papiret. Dernæst håber Harvard-teamet at designe en pneumatisk blæksprutte, der kan krybe, svømme og interagere med dets miljø. En dag kan bløde robotter muligvis bruges til kirurgiske operationer eller til at presse værktøjer eller kameraer på steder, der er vanskelige at få adgang.