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Diese superflexiblen Robotermuskeln können sich wie Menschen selbst reparieren


Ein Team von Universitätsforschern traf sich vor fast zwei Jahren in einem Keller und suchte nichts anderes als hochwertige Robotik. Das Forschungsgeld stammte eher aus Anschubfinanzierungen als aus massiven staatlichen Investitionen, und der größte Teil des Teams hatte noch nie zuvor ein Papier mitverfasst. Die Kreationen dieser Ingenieure von der University of Colorado Boulder gaben Robotern jedoch nur die Möglichkeit, viel menschlicher zu werden.

In den neuesten Ausgaben von Wissenschaft und Wissenschaftsrobotik, Die Forscher beschreiben ihren neuen Stil von weichen Robotermuskeln. Der Muskel besteht aus einer Reihe von ölbetriebenen Beuteln, die aufgrund von elektrischem Strom funktionieren. Der Aktuator selbst ist genauso stark (wenn nicht sogar stärker) als die menschlichen Muskeln und kann auch mehr Kontraktionen pro Sekunde auslösen.

Der neue Typ von Robotermuskel wird als "hydraulisch verstärkte selbstheilende elektrostatische" Aktuatoren - oder HASEL - bezeichnet und hat das Potenzial zu überdenken, wie flexible Robotik hergestellt werden kann.

"[Diese Ingenieure] tragen dazu bei, die Zukunft flexibler, menschlicherer Roboter zu gestalten, mit denen das Leben und das Wohlbefinden der Menschen verbessert werden können", sagte Bobby Braun, Dekan des CU Boulder College of Engineering and Applied Science. "Diese Forschungsrichtung ist eine zentrale, interdisziplinäre Stärke unserer Hochschule."

Wie viele andere Robotikinnovationen lässt sich auch dieses Projekt von der Natur inspirieren. Idealerweise wollte das Team der Keplinger-Forschungsgruppe von UC Boulder, dass der Aktuator so flexibel wie ein Tintenfisch, stark wie ein Elefant und so schnell wie ein Kolibri ist.

"Wir lassen uns von den erstaunlichen Fähigkeiten biologischer Muskeln inspirieren", sagte Christoph Keplinger, leitender Autor beider Arbeiten, Assistenzprofessor am Fachbereich Maschinenbau und Fellow des Materials Science and Engineering Program.

"HASEL-Aktuatoren synergetisieren die Stärken von weichen fluidischen und weichen elektrostatischen Aktuatoren und kombinieren so Vielseitigkeit und Leistung wie kein anderer künstlicher Muskel zuvor."

In der Arbeit beschreibt das Team verschiedene Arten, wie sich der dünne, transparente Muskel bewegt. Es gibt drei Hauptausführungen für den HASEL-Aktuator. Einer war ein Donut-förmiger Muskel mit Elektroden an der Seite. Das zweite Design besteht darin, Ionenleiter in Flüssigkeitstaschen in einem dehnbaren Material zu haben. Das dritte Design heißt Peano-HASEL-Aktuator und umfasst drei kleine Rechtecke, die mit Flüssigkeit gefüllt sind. Diese Beutel ziehen sich zusammen, wenn sie mit Elektrizität getroffen werden.

"Die Fähigkeit, elektrisch angetriebene weiche Aktuatoren zu entwickeln, die eine Gallone Wasser mehrmals pro Sekunde anheben, haben wir bisher noch nicht gesehen. Diese Demonstrationen zeigen das aufregende Potenzial für HASEL", sagte Eric Acome, Doktorand in der Keplinger-Gruppe und der Hauptautor derWissenschaft Papier. "Die für den Betrieb erforderliche Hochspannung ist eine Herausforderung für die weitere Entwicklung. Wir arbeiten jedoch bereits an der Lösung dieses Problems und haben im Labor Geräte entwickelt, die mit einem Fünftel der in diesem Dokument verwendeten Spannung arbeiten."

Traditionelle Probleme mit der Robotik ergeben sich aus der Fähigkeit, das Projekt zu skalieren und gleichzeitig die Kosten niedrig zu halten. Die Forscher von CU Boulder haben dieses Problem jedoch nicht genau.

"Wir können diese Geräte schon jetzt für rund 10 Cent herstellen", sagte Nicholas Kellaris, ebenfalls Doktorand in der Keplinger-Gruppe und Hauptautor derWissenschaftsrobotikStudie. „Die Materialien sind kostengünstig, skalierbar und mit den aktuellen industriellen Fertigungstechniken kompatibel.“

Daher werden weitere Forschungsarbeiten durchgeführt, um die verwendeten Materialien zu optimieren und die bestmögliche Kombination von Formen zu erzielen, um die Effizienz des HASEL-Stellantriebs zu verbessern.


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