Инженеры Оксфордского университета разработали быстрый и сверхэкономичный метод изготовления мягких роботов с использованием обычного лабораторного оборудования. Метод был опубликован в журнале Advanced Science. Новая технология позволяет исследователям изготавливать мягкие роботизированные приводы — гибкие компоненты, обеспечивающие движение, — менее чем за 10 минут при стоимости материалов менее 0,10 доллара США за единицу.
Руководитель исследования и ведущий автор, профессор Антонио Форте (кафедра инженерных наук, Оксфордский университет), сказал: «Снижение финансовых и технических барьеров для изготовления может значительно демократизировать и ускорить исследования и прототипирование в области мягкой робототехники в лабораториях, стартапах и образовательных учреждениях».
Мягкие роботы, изготовленные из податливых материалов, способных изгибаться и деформироваться, все чаще используются в самых разных областях — от обработки хрупких объектов до поисково-спасательных операций. Однако традиционные методы производства часто основаны на формовании силикона, специализированных системах 3D-печати или сложных процессах ламинирования текстиля — все это может быть трудоемким, дорогостоящим и требующим большого количества оборудования процессом.
Простой и недорогой рецепт изготовления
Новый подход оксфордской команды сочетает в себе имеющиеся в продаже вакуумно-герметичные пластиковые пакеты с высокоточной лазерной резкой. Удаляя воздух между слоями перед лазерной обработкой, исследователи могут как герметизировать, так и придавать форму надувным конструкциям с высокой точностью, создавая программируемые изгибающиеся приводы за один этап резки и герметизации.
Для этого процесса требуется всего три компонента: готовые термопластичные вакуумные пакеты (стоимостью менее 10 центов за один пакет), стандартная вакуумная упаковочная машина, лазерный резак или настольный лазерный гравировальный станок.
После изготовления надувные приводы предсказуемо изгибаются под давлением, что позволяет выполнять сложные и программируемые движения. Используя этот подход, команда создала мягкий роботизированный захват, способный поднимать груз, в 25 раз превышающий собственный вес, а также сверхлегких ползающих и плавающих роботов.
Ведущий автор исследования, научный сотрудник Ашкан Резанеджад (кафедра инженерных наук, Оксфордский университет), сказал: «Используя этот подход, мы даже создали надувные конструкции животных, включая черепах и журавлей. Благодаря возможности реализации творческих и художественных проектов, наш метод может быть особенно полезен для образования и привлечения студентов к мягкой робототехнике».
Инструменты для повышения производительности, долговечности и проектирования
Помимо экономии средств, команда систематически тестировала механические характеристики и долговечность приводов. Термопластичные конструкции продемонстрировали высокую выходную силу при относительно низком давлении и смогли выдержать до 100 000 циклов надувания-сдувания во время испытаний на долговечность.
Исследователи также разработали вычислительную систему проектирования , которая позволяет инженерам «программировать» изгиб приводов путем регулирования геометрических параметров. Это позволяет создавать предсказуемые формы, включая спирали и структуры в форме букв.
Системы мягкой робототехники изучаются для применения в таких областях, как малоинвазивные медицинские устройства, носимые технологии, адаптивные производственные инструменты и исследования в опасных средах. Снижение сложности изготовления может помочь исследователям быстрее внедрять изменения и эффективнее масштабировать новые разработки.
В дальнейших исследованиях ученые планируют изучить другие совместимые термопластичные материалы и способы адаптации метода для обеспечения более сложных движений, таких как скручивание и многонаправленные движения.
