Разрабатываются структуры для универсальных роботизированных приложений

Прочитано: 64 раз(а)


Разрабатываются сверхнастраиваемые бистабильные структуры для универсальных роботизированных приложений.

Бистабильные структуры в природе не имеют себе равных по своей быстрой реакции и усилению силы даже при малейшей физической стимуляции. Использование бистабильности и нестабильности для быстрого высвобождения накопленной энергии в бистабильных структурах может улучшить производительность роботов в нескольких областях, например, в высокоскоростном передвижении, адаптивном восприятии и быстром захвате.

Однако текущие работы по бистабильным структурам в основном сосредоточены на их стабильных состояниях, в то время как промежуточные состояния с большим диапазоном перестраиваемых энергетических барьеров отсутствуют в текущих исследованиях.

Недавно исследовательская группа под руководством доктора Ли Интяня из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук предложила тип сверхнастраиваемой бистабильной структуры с программируемыми энергетическими барьерами и триггерными силами, различающимися на порядки. Конструкции также могут быть настроены с использованием различных геометрических конфигураций, размеров, материалов и методов приведения в действие для различных роботизированных приложений.

Эта работа была опубликована в Cell Reports Physical Science 18 апреля.

Сообщаемая бистабильная структура была изготовлена ​​путем складывания листового материала по определенному образцу складок. Он обладает стабильным состоянием, метастабильным состоянием и огромными промежуточными состояниями. Когда бистабильная структура переходит из своего метастабильного состояния в стабильное состояние, существует критическая точка , в которой накопленная энергия деформации достигает своего максимального значения и начинается быстрый прорыв.

В этой работе сообщалось об огромных промежуточных состояниях с программируемыми энергетическими барьерами до того, как бистабильная структура достигнет своей критической точки.

При изменении формы структуры из метастабильного состояния в любое промежуточное состояние энергетический барьер снижается, а это означает, что для запуска быстрого перехода бистабильных структур требуются меньшие внешние воздействия. По мере снижения энергетического барьера требуемая внешняя стимуляция становится все более тонкой. Именно так исследователи добились большого диапазона регулируемых усилий срабатывания предложенной управляемой бистабильной структуры.

Чтобы продемонстрировать настраиваемость предложенной конструкции, исследователи провели серию экспериментов и продемонстрировали, что усилие срабатывания одной конструкции может быть настроено на 0,1% от ее максимального значения, а разница в поднимаемом весе была в 107 раз больше при использовании захватов, изготовленных предлагаемые конструкции с различными конструктивными параметрами.

«Мы можем настроить структуру в сверхчувствительное состояние, чтобы она реагировала на малейшее раздражение так же нежно, как прикосновение летящей пчелы, в то же время мы могли бы установить структуру в нечувствительное состояние, при котором даже мячик весом 110 г мог бы украсть его. не нарушить его энергетический барьер », — сказал доктор ЛИ.

Чтобы проверить потенциал конструкции в различных приложениях, были разработаны различные прототипы, в том числе роботизированная ловушка для мух, захваты, перемычка, поплавок, термовыключатель и система сортировки. Прототипы демонстрируют, что роботизированная мухоловка с чувствительным «пестиком» может быть активирована физической стимуляцией за 10 мс; бистабильный ловитель может захватывать высокоскоростной (10 м/с) мяч для настольного тенниса; а минимальный прыгун достигает высоты, более чем в 24 раза превышающей его рост, и т. д.

«Мы рады узнать, что предложенную нами структуру можно использовать в таком широком диапазоне приложений, что демонстрирует превосходные характеристики», — сказал д-р Ли. «Эта работа может расширить границы проектирования бистабильных структур и проложить путь к будущим разработкам в области робототехники, биомедицинской инженерии, архитектуры и кинетического искусства».

Разрабатываются структуры для универсальных роботизированных приложений



Новости партнеров