Zachte robots kunnen niet altijd concurreren met de harde. Hun starre broeders domineren de lopende band, achterwaartse salto's uitvoeren, dans op Bruno Mars' "Uptown Funk, " vlieg, duiken, en door vulkanen lopen.

Maar elk jaar, zachte robots krijgen nieuwe vaardigheden. Ze hebben leren springen, kronkelen, en grip. En, in tegenstelling tot harde robots, ze kunnen tomaten aan zonder het fruit te beschadigen, ongedeerd weer boven water komen na te zijn overreden door een auto, en reis door straling, rampgebieden, en de ruimte met weinig littekens. Voor mensen en dieren, ze hebben een "coöperatieve functie":een zachte aanraking.

Onlangs, onderzoekers in het lab van George M. Whitesides, de Woodford L. en Ann A. Flowers universiteitshoogleraar, hebben zachte vervangingen uitgevonden voor de laatste harde onderdelen die nodig zijn om een ​​robot te bouwen. In plaats van elektriciteit en draden, onder druk staande lucht zet uit en trekt samen met rubberen springkussens om beweging te creëren, zachte kleppen nemen het over voor de harde, en zachte digitale logica repliceert dezelfde mogelijkheden van een elektronische computer.

Nutsvoorzieningen, postdoctoraal wetenschapper Daniel J. Preston's nieuwste zachte uitvinding geeft deze robots nieuwe, complexe bewegingen. Als eerste auteur van een studie gepubliceerd in Wetenschap Robotica , hij introduceert de eerste zachte ringoscillator, waardoor zachte robots kunnen rollen, golven, soort, metervloeistoffen, en slikken.

"Het is een ander hulpmiddel in de toolkit om deze slimme, zachte robots zonder elektronica, en zonder harde kleppen, ' zegt Preston.

Tot nu, ringoscillatoren werden gemaakt met elektronische transistors of microfluïdica. Elektronica heeft altijd harde componenten nodig. De meeste microfluïdica doen dat, te. Velen gebruiken glas voor hun water- of luchtsystemen onder druk en hebben dunne kanalen nodig die alleen zeer lage stroomsnelheden aankunnen, bedrijfssnelheden beperken. Kleine microfluïdische systemen kunnen hogere frequenties bereiken dan Preston's pneumatische ringoscillator op macroschaal, maar zijn team heeft al blauwdrukken om hun zachte systeem aan te passen om hogere snelheden te bereiken, indien nodig.

De zachte ringoscillator, zoals alle ringoscillatoren, is afhankelijk van inverters ("NIET" digitale logische poorten). Preston's omvormers, bijvoorbeeld, manipuleer de luchtdruk in de rubberen buizen van zijn robot:als de invoer hoge druk is, de output zal lage druk zijn en vice versa. Wanneer drie, of een oneven aantal, van poorten zijn verbonden in een ring, de verschuiving van de ene poort triggert de volgende, die de volgende triggert, enzovoort.

"De coole reactie die je krijgt als je een oneven aantal van deze omvormers in een lus combineert, is een instabiliteit die rond de lus reist, "zegt Preston. Als een slinky die instort om van een trap te springen, de ene beweging leidt tot de volgende, het creëren van een constant tempo zonder dat er nog een duwtje nodig is.

Om te testen wat de zachte ringoscillator zou kunnen doen, Preston en zijn team hebben vijf prototypes van zachte robots gemaakt. Elk gebruikt een enkele, constante bron van luchtdruk om drie pneumatische aandrijvingen (de omvormers) te laten werken.

Een prototype duwt een bal rond een ring. Een andere golft een podium om kralen van twee verschillende groottes tegen de rand te laten rollen. Eventueel, alle kleinere kralen vallen door een gat in de zijkant van het podium. Ze regelen zichzelf.

"De ringoscillator is echt goed voor dingen als rollende bewegingen, ', zegt Preston. Rollen vereist afstemming van meerdere acties in de tijd. Een enkele input en output is niet voldoende. om hun zeshoekige schuimrobot vooruit te laten rollen, de ringoscillator helpt een ballon achter de robot op te blazen en tegelijkertijd een ballon vooraan te laten leeglopen. De gecoördineerde push-and-release verschuift de zeshoek steeds weer naar voren terwijl de ballonnen perfect synchroon opblazen en leeglopen.

Nog een ander prototype biedt een meer tastbaar doel. Een op textiel gebaseerde mouw, gewikkeld om het onderbeen en vastgezet met klittenband, oefent gecoördineerde druk uit, vloeistof in het been "pompen".

Volgens recente studies, deze "pompende" beweging verbetert de symptomen van lymfoedeem en chronische veneuze ziekte beter dan eenvoudige compressie. Het apparaat zou ook verpleegkundigen kunnen helpen, obers, en politieagenten voorkomen diepe veneuze trombose, een resultaat van lange diensten op vermoeide voeten.

Voordat ze klinische proeven voor hun sleeve beginnen, het team wil de interesse peilen. Als genoeg mensen hunkeren naar een zachtere, goedkopere manier om symptomen te verlichten en te voorkomen, het product zou zomaar een markt kunnen vinden die groot genoeg is om verder onderzoek te verdienen.

De lage kosten van Preston's materialen - rubberachtige siliconenelastomeren - maken ze ideaal voor meer dan alleen goedkope thuiszorg. Biocompatibel, wegwerpbaar, teder, en steriele versies kunnen worden gebruikt voor laboratoriumexperimenten, medicijnafgifte, of zelfs medische apparaten in het lichaam, zoals deze hoes die het hart helpt kloppen. Het laatste prototype van Preston kan drie verschillende gekleurde vloeistoffen sorteren op basis van een vooraf bepaalde volgorde en tijd, een hulpmiddel dat nuttig zou kunnen zijn voor chemici.

Hoewel alle prototypes van Preston zijn gemaakt van alleen zachte materialen, ze zijn nog niet ongebonden:ze zijn allemaal afhankelijk van een constante bron van perslucht. Toch hebben Preston en zijn collega's hier een paar oplossingen voor, te. Voor de beenhuls, patiënten konden hun eigen lucht voorzien met een handpomp zoals die wordt gebruikt om de bloeddruk te meten. En zachte robots in de loopgraven kunnen mobiele kooldioxidepatronen gebruiken, vastgebonden als een rugzak, of gasgenererende chemische reacties om de bot in beweging te zetten.

Maar Preston verwacht dat zijn nieuwe tool veel meer zal bereiken dan de toepassingen die in zijn vijf prototypes zijn gedemonstreerd. Aangezien in het artikel wordt uitgelegd hoe u het ontwerp kunt repliceren en aanpassen, hij hoopt dat andere laboratoria nog meer toepassingen zullen vinden. "Mensen kunnen de zachte ringoscillator voor veel verschillende toepassingen in zachte robotica gebruiken, sommige hebben we misschien nog niet eens bedacht of voor ogen gehad."