Onderzoekers van de universiteit van Harvard hebben zachte, door de natuur geïnspireerde robots gebouwd die kunnen kruipen, zwemmen, grijp delicate voorwerpen en help zelfs een kloppend hart, maar geen van deze apparaten is in staat geweest om de wereld om hen heen te voelen en erop te reageren.

Dat gaat veranderen.

Geïnspireerd door de zintuiglijke vermogens van ons lichaam, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences en het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering hebben een platform ontwikkeld voor het maken van zachte robots met ingebouwde sensoren die beweging kunnen detecteren, druk, aanraken, en zelfs temperatuur.

Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

"Ons onderzoek vertegenwoordigt een fundamentele vooruitgang in zachte robotica, " zei Ryan Truby, eerste auteur van het papier en recente Ph.D. afgestudeerd aan SEAS. "Ons productieplatform maakt het mogelijk complexe detectiemotieven eenvoudig te integreren in zachte robotsystemen."

Het integreren van sensoren in zachte robots was deels moeilijk omdat de meeste sensoren, zoals die worden gebruikt in traditionele elektronica, zijn rigide. Om deze uitdaging aan te gaan, de onderzoekers ontwikkelden een op organische ionische vloeistof gebaseerde geleidende inkt die kan worden 3D-geprint in de zachte elastomeermatrices die de meeste zachte robots bevatten.

"Daten, de meeste geïntegreerde sensor-/actuatorsystemen die in zachte robotica worden gebruikt, waren vrij rudimentair, " zei Michael Wehner, voormalig postdoctoraal onderzoeker bij SEAS en co-auteur van het artikel. "Door ionische vloeistofsensoren direct in deze zachte systemen te printen, we openen nieuwe wegen voor het ontwerp en de fabricage van apparaten die uiteindelijk een echte closed-loop-besturing van zachte robots mogelijk zullen maken."

Wehner is nu een assistent-professor aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz.

Om het apparaat te fabriceren, de onderzoekers vertrouwden op een gevestigde 3D-printtechniek ontwikkeld in het lab van Jennifer Lewis, de Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering aan SEAS en kernfaculteitslid van het Wyss Institute. De techniek - bekend als embedded 3D-printen - integreert naadloos en snel meerdere functies en materialen in één enkele zachte behuizing.

"Dit werk is het nieuwste voorbeeld van de mogelijkheden die worden geboden door embedded 3D-printen - een techniek die door ons laboratorium is ontwikkeld, " zei Lewis.

"De functie en ontwerpflexibiliteit van deze methode is ongeëvenaard, "zei Truby. "Deze nieuwe inkt in combinatie met ons ingebedde 3D-printproces stelt ons in staat om zowel soft sensing als bediening te combineren in één geïntegreerd zacht robotsysteem."

Om de sensoren te testen, het team heeft een zachte robotgrijper geprint die bestaat uit drie zachte vingers of actuatoren. De onderzoekers testten het vermogen van de grijper om de inflatiedruk te voelen, kromming, contact, en temperatuur. Ze hebben meerdere contactsensoren ingebouwd, zodat de grijper lichte en diepe aanrakingen kon voelen.

"Zachte robotica worden doorgaans beperkt door conventionele vormtechnieken die geometriekeuzes beperken, of, in het geval van commercieel 3D-printen, materiaalkeuze die ontwerpkeuzes belemmert, " zei Robert Wood, de Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences aan SEAS, Kernfaculteitslid van het Wyss Institute, en co-auteur van het artikel. "De technieken die in het Lewis Lab zijn ontwikkeld, bieden de mogelijkheid om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop robots worden gemaakt - door afstand te nemen van sequentiële processen en complexe en monolithische robots te creëren met ingebouwde sensoren en actuatoren."

Volgende, de onderzoekers hopen de kracht van machine learning te gebruiken om deze apparaten te trainen om objecten van verschillende grootte te grijpen, vorm, oppervlakte textuur, en temperatuur.