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研究人员建造了一个快速移动的跳跃软机器人伊雪莉

伊雪莉
2022年07月20日

研究人员建造了一个快速移动的跳跃软机器人

屈曲，结构稳定性的突然丧失，通常是工程上的噩梦。机械屈曲意味着从火箭到奶酥的每个结构系统都会发生灾难性的故障。这是造成2010年Deepwater Horizo??n漏油的原因，还有其他许多灾难

但是，正如任何曾经玩过玩具波普尔的人都知道的那样，屈曲也会释放很多能量。当a子的结构弯曲时，不稳定所释放的能量会使玩具飞过空中。现在，来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院和哈佛大学怀斯生物启发工程学院的研究人员已经利用了这种能量，并利用屈曲来制造快速移动的充气式软致动器。

这项研究发表在《科学机器人》上。

SEAS博士后研究员，论文的第一作者，本杰明·戈里森说：“软机器人在从微创手术工具和外骨骼到仓库抓手和视频游戏附件的广泛应用中具有巨大的潜力。” “但是，当今的软执行器的应用受到其速度的限制。”

流体软促动器的启动和移动速度往往很慢，因为它们需要大量的流体才能工作，并且无论是气体还是液体，其流量都受到设备中的管子和阀门的限制。

致动器可以复位，并通过真空恢复到初始配置，并且可以反复起飞。

“在这项工作中，我们证明了我们可以利用弹性不稳定性来克服这一限制，使我们能够将缓慢的输入与输出解耦，并制造出快速跳跃的流体软执行器，” SEAS and co。的研究生David Melancon说。 -该论文的第一作者。

威廉姆和阿米·关·丹诺夫应用力学教授卡蒂亚·贝托迪说：“该执行器是一个模块，可以集成到一个完全软的机器人系统中，从而使已经可以爬行，行走和游泳的软机器人具有跳跃的能力。”

SEAS和该研究的资深作者。“通过将跳线整合到这些设计中，这些机器人可以在未知的地形中安全地导航。”

三种执行器设计的实验视频。通过调整两个壳体之间的压力体积关系，研究人员得以开发出一种能够释放足够能量以跳跃的执行器，如设计C所示。图片来源：David Melancon和Benjamin Gorissen / Harvard SEAS

Bertoldi还是威斯学院的副教授。

研究人员依靠的是推动玩具弹出器的相同类型的屈曲，即所谓的外壳屈曲。该团队设计了带有两个球形盖的执行器，就像俄罗斯的嵌套娃娃一样嵌套在一起，并连接在基座上。

在通货膨胀时，两个上限之间会形成压力。较薄的外盖会膨胀，而较厚的内盖会弯曲并塌陷，撞击地面并将设备弹向空中。

尽管该设备看起来很简单，但了解基本的物理原理对于控制和优化机器人的性能至关重要。之前有关壳屈曲的大多数研究都研究了如何避免壳屈曲，但Gorissen，Melancon和其他团队希望增加不稳定性。

软流体致动器包括两个在其底部连接的球形盖。充气时，内盖会折断并使设备取下。

正如命运所愿，壳屈曲研究的先驱之一位于皮尔斯·霍尔的贝尔托迪团队仅两层楼的地方。

1964年加入哈佛大学的名誉教授约翰·W·哈钦森教授提出了一些最早的理论来表征和量化屈曲的壳结构。

“我们的研究提出了不同的观点戈里森说：对的某些理论提出，这使我们能够将其应用于不同的研究领域。”

Melancon说：“能够从该领域的一位先驱那里获得反馈真是太好了。” “他开发了防止故障的理论，现在我们正在使用它来触发屈曲。”

使用既有的理论以及最新的数值模拟工具，研究人员能够表征和调整两个壳体之间的压力体积关系，从而开发出能够快速反复释放特定量能量的软机器人。

该方法可以应用于任何形状和任何大小。它可以用在从小型医疗设备穿刺静脉到大型探索性机器人穿越崎uneven不平地形的各种事物中。