У світі, де технології все глибше проникають в наше життя, м’які роботи стають все більш цікавою і перспективною областю досліджень. На відміну від своїх жорстких аналогів, вони імітують складні рухи живих істот, проявляючи вражаючу адаптивність і делікатність. Зроблені з міцних, але податливих матеріалів, ці роботи здатні краще пристосовуватися до навколишнього середовища, знижуючи ризик пошкоджень предметів і людей. Це відкриває двері для застосування в найбільш чутливих сферах, від охорони здоров’я до досліджень в екстремальних умовах.
Від хірургії до дослідження: широкі можливості м’яких роботів
За останні роки, завдяки значним інвестиціям у розробку нових матеріалів, м’які роботи стали невід’ємною частиною багатьох областей. Хірургічні інструменти нового покоління, асистенти для проведення операцій, вдосконалені протези і носяться технології – це лише деякі приклади їх застосування. Однак, незважаючи на величезний потенціал, просування цих технологій вперед стикається з серйозними викликами: складність конструкції, що вимагає безлічі різних матеріалів і дорогого багатоетапного виробництва.
3D-друк: ключ до простоти та ефективності
Традиційні методи виробництва, такі як лиття з силікону, виявилися неефективними для створення складних м’яких роботів. Рішенням стала революція в області 3D-друку. Як каже Майкл Толлі, директор Лабораторії робототехніки та дизайну Bioinspired в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго: “завдяки 3D-друку немає нічого складного – на друк цільного шматка матеріалу йде приблизно стільки ж часу і енергії, скільки на друк наших роботів”. Головне завдання-не просто надрукувати матеріал, а створити складну, функціональну конструкцію.
Нова пневматична система: одна печатка, нескінченні можливості
Дослідники з UCSD та BASF, включаючи Толлі та Ічен Чжая, розробили унікальну пневматичну систему, яка друкується на 3D-принтері та не потребує ручного складання. Це означає, що робот може бути виготовлений за один крок, використовуючи всього лише настільний 3D-принтер – справжній прорив в області робототехніки.
Унікальний клапан: секрет самоініціалізації
Ключовим елементом цієї системи є інноваційний дизайн пневматичного клапана. “Ключовим досягненням було те, що цей клапан був розроблений таким чином, щоб його можна було друкувати в нейтральному стані”, – підкреслюють дослідники. На відміну від попередніх розробок, клапан автоматично ініціалізується (самовсмоктується) при певному тиску, перш ніж почне коливатися. Це забезпечує плавний і контрольований процес роботи.
Симетрична ХОДА: крок до практичного застосування
Нова конструкція не тільки спрощує виробництво, але і вирішує ключову проблему, що обмежувала практичне застосування м’яких роботів. Попередні пневматичні системи генерували асиметричні фазові зрушення, що призводило до незручної та неефективної ходи. Нова система забезпечує симетричні фазові зрушення, генеруючи чотири циклічних вихідних сигналу з одного вхідного сигналу постійного тиску. “Ми спроектували його таким чином, щоб він був дуже стійким до різних вхідних тисків”, – зазначає Толлі. Це робить систему ідеальною для управління ходою робота.
Демонстрація можливостей: робот з кривими ногами
Щоб продемонструвати ефективність системи, дослідники створили робота з кривими ногами. Весь процес друку зайняв близько 58 годин на різних моделях 3D-принтерів. Потім, за допомогою картриджа CO2 ємністю 16 г і механічним регулятором тиску 20 фунтів на квадратний дюйм, робот зміг подолати нерівний схил висотою 73 см всього за 30 секунд. Це підтверджує вражаючу стабільність і автономність системи.
Переваги стисненого газу: робота в екстремальних умовах
Використання стисненого газу дає додаткові переваги: м’які роботи можуть працювати в умовах, де електроніці потрібен складний захист. У майбутньому, можливо, будуть розроблені газові балони з можливістю друку і інтегровані механізми для швидкого управління. Такі розробки відкривають двері для майбутнього, де роботи не просто будуть ходити по повітрю, а й керувати ним і літати на ньому, відкриваючи нові горизонти для досліджень і застосування в найнесподіваніших сферах.
Зображення: Девід Байо / Каліфорнійський університет, Сан-Дієго
