Robotycy z Vrije Universiteit Brussel (VUB), przy wsparciu finansowanego ze środków UE projektu SPEAR, zaprojektowali miękkie roboty, które same się naprawiają. Artykuł poświęcony nowym badaniom, opublikowany w czasopiśmie
Science Robotics Journal, pokrótce opisuje wyniki osiągnięte przez zespół.
Roboty są budowane z elastycznych materiałów, które umożliwiają im chwytanie delikatnych obiektów, dzięki czemu mogą się przydać między innymi w przemyśle spożywczym albo w chirurgii minimalnie inwazyjnej. Miękkie roboty znajdują także zastosowanie w rehabilitacji i protezach ramienia. Ich kształt pozwala im pochłaniać wstrząsy i chroni je przed oddziaływaniem sił mechanicznych, ale – jak piszą naukowcy w artykule: „(…) miękkie materiały użyte do ich budowy są niezwykle podatne na uszkodzenia, takie jak przecięcia i przebicia przez ostre przedmioty obecne w niekontrolowanych i nieprzewidywalnych środowiskach, w których są eksploatowane”.
Miękkie roboty mogą posłużyć do pokonywania nierównych terenów albo do przedostawania się do różnych przestrzeni przez maleńkie przekroje. W kontakcie z innymi przedmiotami, miękkie siłowniki są w stanie dostosować swój kształt, co czyni je dobrymi kandydatami na chwytaki do przenoszenia miękkich przedmiotów, takich jak owoce i warzywa. Znaczna część miękkiej robotyki jest napędzana pneumatycznie przez co częstym powodem uszkodzenia jest za wysokie ciśnienie. Aby maksymalizować potencjalne korzyści z tego rodzaju robotów, starając się jednocześnie minimalizować koszty i czas stracony z powodu ich podatności na uszkodzenia (miękkie roboty pneumatyczne często ulegają przebiciu albo pojawiają się w nich nieszczelności z powodu nadmiernego ciśnienia lub zużycia eksploatacyjnego), zespół zbudował miękkie roboty wyłącznie z samonaprawiających się elastomerów.
Naukowcy wykorzystali w swoich konstrukcjach polimery Dielsa-Aldera do opracowania trzech zastosowań samonaprawiających się miękkich siłowników pneumatycznych (miękka dłoń, miękki chwytak i sztuczne mięśnie). Dzięki zastosowaniu tych materiałów wytworzyła się inherentna zgodność, porównywalna ze zgodnością biologiczną żywych organizmów. Metoda produkcji siłowników korzysta z samonaprawiających właściwości materiałów. Polimery zostały wyposażone w zdolność naprawy uszkodzeń mikro- i makroskopijnych, najpierw poprzez odbudowę pierwotnego kształtu, a następnie gruntowną naprawę.
Zespół zdecydował się na trzy zastosowania o najszerszym zakresie: miękka dłoń – interesująca dla zespołu z tego względu, że znajdzie zastosowanie w robotach społecznych, aktywnych w dynamicznych środowiskach, które nie zostały wstępnie zaprogramowane. W związku z tym istnieje prawdopodobieństwo, że będą mieć kontakt z ostrymi przedmiotami, takimi jak metalowe krawędzie, potłuczone szkło, ostre elementy z tworzyw sztucznych czy nawet krawędź kartki papieru.
Po drugie naukowcy pracowali nad miękkim chwytakiem pneumatycznym do przenoszenia delikatnych przedmiotów na liniach sortowania i pakowania na przykład owoców i warzyw, na których gałązki o ostrych krawędziach mogą stanowić zagrożenie.
Trzecie zastosowanie to kurczliwe sztuczne mięśnie pneumatyczne często wykorzystywane do zapewnienia zgodności w systemach robotycznych. Są w stanie zapewnić sporą siłę, ale to wymaga nadciśnienia, które może skutkować nadmiernym zużyciem i pojawianiem się przebić i nieszczelności.
Naukowcom udało się doprowadzić do realistycznego mikroskopijnego uszkodzenia, które zostało w pełni naprawione za pomocą delikatnej obróbki termicznej. We wszystkich trzech zastosowaniach uszkodzenie może zostać całkowicie naprawione za pomocą procedury samonaprawy (SH), która wymaga umiarkowanego ciepła (80°C). Nie powstały żadne słabe punkty w miejscu uszkodzenia, a sprawność siłownika była niemal w pełni odzyskiwana po każdym cyklu naprawy.
Materiały SH to stosunkowo świeże zjawisko; pojęcie po raz pierwszy pojawiło się w 2001 r. Zastosowania obejmują aktualnie powłoki telefonów komórkowych, które są w stanie samodzielnie naprawiać zadrapania. Materiały te wykorzystuje również branża motoryzacyjna. Istnieją pozytywne wskazania co do ich zastosowania w sektorze lotniczym i kosmonautycznym. Opracowywane są rozciągliwe folie SH o wysokim potencjale zastosowania jako sztuczna skóra.
Partnerzy projektu SPEAR (Series-Parallel Actuators for Robotics) zamierzają znaleźć rozwiązanie wszystkich problemów badawczych i przetestować granice tego nowego zastosowania, co przełoży się na olbrzymi wpływ na wszystkie projektowane i napędzane układy, zwłaszcza w robotyce.
Więcej informacji:
witryna projektu
poleca:
