Zelfs octopussen begrijpen het belang van ellebogen. Wanneer deze squishy, koppotigen met losse ledematen moeten een precieze beweging maken - zoals het voeren van voedsel in hun mond - de spieren in hun tentakels trekken samen om een ​​tijdelijk draaiend gewricht te creëren. Deze gewrichten beperken de wiebeligheid van de arm, waardoor meer gecontroleerde bewegingen mogelijk zijn.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering hebben aangetoond hoe robots dankzij een meerlagige structuur de kinematica van de octopus kunnen nabootsen, het creëren en elimineren van gewrichten op commando. De structuur kan robots ook in staat stellen om snel hun stijfheid te veranderen, demping, en dynamiek.

Het onderzoek is gepubliceerd in twee papers in Geavanceerde functionele materialen en IEEE Robotica en automatiseringsbrieven .

"Dit onderzoek helpt de kloof tussen zachte robotica en traditionele rigide robotica te overbruggen, " zei Yashraj Narang, eerste auteur van beide studies en afgestudeerde student aan SEAS. "Wij geloven dat deze klasse van technologie een nieuwe generatie machines en constructies kan bevorderen die niet simpelweg als zacht of stijf kunnen worden geclassificeerd."

De structuur is verrassend eenvoudig, bestaande uit meerdere lagen flexibel materiaal verpakt in een plastic envelop en aangesloten op een vacuümbron. Zonder vacuüm, de structuur gedraagt ​​zich precies zoals je zou verwachten, buigen, draaien en floppen zonder vorm vast te houden. Maar wanneer een vacuüm wordt toegepast, het wordt stijf en kan willekeurige vormen aannemen, en het kan in extra vormen worden gegoten.

Deze overgang is het resultaat van een fenomeen dat laminaire storing wordt genoemd, waarbij het uitoefenen van druk wrijving creëert die een groep flexibele materialen sterk koppelt.

"De wrijvingskrachten die door de druk worden gegenereerd, werken als lijm, "zei Narang. "We kunnen de stijfheid beheersen, demping, kinematica, en dynamiek van de structuur door het aantal lagen te veranderen, het afstemmen van de druk die erop wordt uitgeoefend, en het aanpassen van de afstand tussen meerdere stapels lagen."

Het onderzoeksteam, waaronder ook Robert Howe, de Abbott en James Lawrence Professor of Engineering, Joost Vlassak, de Abbott en James Lawrence hoogleraar materiaalkunde, en Alperen Degirmenci, een afgestudeerde student in SEAS, uitgebreid gemodelleerd het mechanische gedrag van laminaire jamming om de mogelijkheden ervan beter te beheersen.

Volgende, ze bouwden echte apparaten met behulp van de structuren, inclusief een tweevingerige grijper die, zonder vacuüm, kan zich om grote voorwerpen wikkelen en vasthouden en, met een vacuüm, zou kunnen knijpen en vasthouden aan kleine voorwerpen ter grootte van een knikker.

De onderzoekers demonstreerden ook de mogelijkheden van de structuur als schokdempers door ze als landingsgestel aan een drone te bevestigen. Het team heeft de stijfheid en demping van de constructies afgestemd om de impact van de landing op te vangen.

De structuur is een proof-of-concept dat in de toekomst veel toepassingen kan hebben, van chirurgische robots tot draagbare apparaten en flexibele luidsprekers.

"Ons werk heeft het fenomeen van laminaire storing uitgelegd en aangetoond hoe het robots kan voorzien van zeer veelzijdig mechanisch gedrag, " zei Hoe, senior auteur van het artikel. "Wij geloven dat deze technologie uiteindelijk zal leiden tot robots die van toestand kunnen veranderen tussen zachte, continue apparaten die veilig kunnen communiceren met mensen, en stijf, discrete apparaten die kunnen voldoen aan de eisen van industriële automatisering."