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2019-11-07 15:45:47

适合所有人的软机器人

软机器人不能总是与硬盘竞争。他们的刚性兄弟主宰装配线,进行后空翻,跳舞布鲁诺火星的“上城恐怖”,飞行,潜水,并穿过火山。

但每年,软机器人都会获得新的能力。他们学会了跳跃,蠕动和抓地力。而且,与硬机器人不同的是,它们可以处理西红柿而不会使果实受到伤害,在被汽车撞倒后没有受到伤害,并且可以通过辐射,灾区和外层空间轻松疤痕。对于人和动物,它们具有“合作功能”:柔软的触感。

最近,George M. Whitesides实验室的研究人员,Woodford L.和Ann A. Flowers大学教授,发明了用于构建机器人所需的最后硬件的软替换。加压空气不是电力和电线,而是膨胀和收缩橡胶充气板以产生运动,软阀门接管硬质,软数字逻辑复制电子计算机的相同功能。

现在,博士后学者丹尼尔J.普雷斯顿的最新软发明为这些机器人提供了新的,复杂的动作。作为在Science Robotics上发表的一项研究的第一作者,他介绍了第一个软环形振荡器,它使软机器人能够滚动,波动,分类,计量液体和吞咽。

“这是工具包中的另一个工具,可以制造这些智能,柔软的机器人,没有任何电子设备,也没有任何硬阀门,”普雷斯顿说。

到目前为止,环形振荡器是用电子晶体管或微流体制成的。电子产品总是需要硬组件。大多数微流体也都有。许多人使用玻璃作为加压水或空气系统,并且需要薄的通道,这些通道只能处理非常低的流速,从而限制了操作速度。微小的微流体系统可能比普雷斯顿的宏观气动环形振荡器具有更高的频率,但他的团队已经有蓝图来调整他们的软系统,以便在需要时实现更高的速度。

软环振荡器 - 与所有环形振荡器一样 - 依赖于逆变器(“非”数字逻辑门)。例如,普雷斯顿的逆变器操纵机器人橡胶管中的气压:如果输入是高压,输出将是低压,反之亦然。当三个或任何奇数个门连接在一个环中时,一个门的移位触发下一个,触发下一个,然后打开和打开。

普雷斯顿说:“当你在一个循环中组合奇数个这些逆变器时,你得到的很酷的响应是环路中的不稳定性。”就像一个为了在楼梯​​间蹦蹦而坍塌的紧身裤,一个动作引发了下一个动作,创造了一个恒定的节奏,而不需要再次推动。

为了测试软环振荡器可以做什么,普雷斯顿和他的团队创建了五个软机器人原型。每个都使用一个恒定的气压源来运行三个气动执行器(逆变器)。

一个原型在一个环周围轻推一个球。另一个波动起伏阶段以保持两种不同尺寸的珠子相对于边缘滚动。最终,所有较小的珠子都落在舞台侧面的一个洞中。他们整理出来。

普雷斯顿说:“环形振荡器非常适合滚动运动。”滚动需要及时协调多项行动。单个输入和输出是不够的。例如,为了让他们的六角形泡沫机器人向前滚动,环形振荡器有助于给机器人后面的气球充气,并在同一时间对前面的气囊进行放气。当气球充气和放气完美​​同步时,协调的推动和释放将六边形一次又一次地向前移动。

另一个原型提供了更切实的目的。一个基于纺织品的套管,缠绕在小腿上并用魔术贴固定,施加协调的压力,使腿部“泵送”液体。

根据最近的研究,这种“抽吸”运动比单纯压缩更能改善淋巴水肿和慢性静脉疾病的症状。该装置还可以帮助护士,服务员和警察预防深静脉血栓形成,这是因为疲惫的双脚长时间工作。

在他们开始进行临床试验之前,该团队希望衡量他们的兴趣。如果有足够多的人渴望更软,更便宜的方法来缓解和预防症状,那么该产品可能会找到一个足够大的市场值得进一步研究。

普雷斯顿材料的低成本 - 橡胶状有机硅弹性体 - 使其成为不仅仅是廉价家庭护理的理想选择。生物相容性,一次性,温和和无菌版本可用于实验室实验,药物输送,甚至身体内的医疗设备,如帮助心跳的套管。普雷斯顿的最终原型可以根据预先确定的顺序和时间对三种不同颜色的液体进行分类,这种工具可以证明对化学家有用。

尽管普雷斯顿的所有原型都是用纯软材料制成的,但它们还没有被束缚:所有这些都依赖于恒定的加压空气源。然而,普雷斯顿和他的同事也为此提供了一些解决方案。对于腿部套管,患者可以使用手持式泵提供自己的空气,就像那些用于承受血压的泵一样。战壕中的软机器人可以使用移动的二氧化碳弹药筒,像背包一样绑在上面,或者产生气体的化学反应来使机器人运动。

但普雷斯顿希望他的新工具能够实现远远超过他的五个原型中所展示的应用程序。由于该论文解释了如何复制和定制设计,他希望其他实验室能够找到更多用途。“人们可以将软环振荡器用于软机器人中的许多不同应用,其中一些我们可能还没有想到或设想过。”