In de wereld van robotica, zachte robots zijn de nieuwe kinderen in de buurt. De unieke mogelijkheden van deze automaten zijn het buigen, vervormen, rekken, draaien of knijpen op alle manieren die conventionele starre robots niet kunnen.

Vandaag, het is gemakkelijk om je een wereld voor te stellen waarin mensen en robots samenwerken - dicht bij elkaar - in vele rijken. Opkomende zachte robots kunnen ervoor zorgen dat dit veilig kan, en op een manier die synchroniseert met menselijke omgevingen of zelfs interfaces met mensen zelf.

"Enkele voordelen van zachte robotsystemen zijn dat ze zich gemakkelijk kunnen aanpassen aan ongestructureerde omgevingen, of op onregelmatige of zachte oppervlakken, zoals het menselijk lichaam, " zei Yon Visell, professor elektriciteit en computertechniek aan de UC Santa Barbara.

Ondanks hun belofte, daten, de meeste zachte robots bewegen langzaam en onhandig in vergelijking met veel conventionele robots. Echter, de kloof wordt kleiner dankzij nieuwe ontwikkelingen in de fundamentele eenheid van robotbeweging:de actuator. Verantwoordelijk voor de mechanische beweging van een mechanisme of een machine, actuatoren doen hun werk op verschillende manieren, afhankelijk van elektromagnetische, piëzo-elektrisch, pneumatische of andere krachten.

Nutsvoorzieningen, Visell en zijn UCSB-medewerkers hebben de elektromagnetische aandrijvingen die in de meeste conventionele robotsystemen worden gebruikt, gecombineerd met zachte materialen, om zowel snelheid als zachtheid te bereiken. "Een interessante biologische analoog van de actuator die in ons nieuwe werk wordt beschreven, zou een snelle spiertrekking kunnen zijn, " zei Visell, die samen met UCSB-professor chemie en biochemie Thuc-Quyen Nguyen, en postdocs Thanh Nho Do en Hung Phan, auteur van het artikel "Soft Electromagnetic Actuators for Robotic Applications". Het artikel verschijnt op de omslag van het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .

De grootste uitdaging voor Visell en collega's was om een ​​actuator te bouwen die hogere snelheden kon bereiken dan wat doorgaans mogelijk was met zachte robotactuators, waarvan vele afhankelijk zijn van langzame processen, zoals luchtstroom of thermische effecten.

"In dit project, we wilden zien hoe ver we konden gaan met het idee om heel snel, laagspanningsactivering binnen een volledig zacht robotparadigma, " zei hij. Ze baseerden hun werk op de elektromagnetische motor, een veelvoorkomend type snelle en laagspanningsactuator die in alles wordt gebruikt, van elektrische auto's tot apparaten, maar heeft weinig effectieve toepassing gezien in zachte robotsystemen.

Het werk van het team heeft geresulteerd in een type actuator dat snel, laagspanning en zacht - en ook opmerkelijk klein, slechts enkele millimeters groot. Met behulp van unieke, geleiders van vloeibare metaallegeringen ingekapseld in holle polymeervezels en gemagnetiseerde polymeercomposieten, de onderzoekers creëerden patronen, driedimensionale componenten die de basis vormen van zachte analogen van standaard elektrische motoren. De vezels zelf zijn polymeercomposieten die het team heeft ontworpen om een ​​hoge thermische geleidbaarheid te hebben, hun prestaties aanzienlijk verbeteren.

"We realiseerden componenten die elk zacht en rekbaar zijn, en combineerde ze om deze motorachtige structuren te creëren die dingen kunnen bewegen, " zei Visell. Om te demonstreren, ze creëerden een kleine, millimeter brede grijper die in slechts milliseconden kan sluiten, en een zachte tactiele stimulator die kan werken met frequenties van honderden cycli per seconde.

Deze apparaten kunnen worden gebruikt in opkomende gebieden zoals haptiek, waar aanraakfeedback wordt gezocht voor toepassingen, waaronder virtual reality en, natuurlijk de naaste verwant van haptics:zachte robotica. "Deze zachte elektromagnetische actuatoren kunnen worden gebruikt om tactiele displays te creëren die zich aanpassen aan de menselijke huid, of miniatuur robotgereedschap voor chirurgische endoscopie of andere medische toepassingen, ", zei postdoc Thanh Nho Do.

"We kijken ernaar uit om deze nieuwe zachte robottechnologieën toe te passen op gebieden variërend van virtual reality, augmented reality, draagbare technologieën, gezondheidszorg en medicijnen, "Zei Visell. "De horizon is wijd open."