Cornell-onderzoekers hebben ontdekt hoe eenvoudige robots kunnen worden aangedreven met een nieuwe stof die, bij verhitting, kan meer dan 10 keer groter worden, de viscositeit met een factor 10 veranderen en met verrassende kracht overgaan van regelmatige naar zeer onregelmatige korrels.

Je kunt het ook eten met een beetje boter en zout.

"Popcorn-aangedreven robotaandrijvingen, " een recent artikel, co-auteur van doctoraalstudent Steven Ceron, machinebouw, en Kirstin H. Petersen, assistent-professor elektrische en computertechniek, onderzoekt hoe de unieke eigenschappen van popcorn goedkope robotapparaten kunnen aandrijven die grip, stijfheid uitbreiden of veranderen.

"Het doel van ons lab is om te proberen zeer minimalistische robots te maken die, wanneer ingezet in grote aantallen, kan nog steeds grote dingen bereiken, " zei Petersen, die Cornell's Collective Embodied Intelligence Lab leidt. "Eenvoudige robots zijn goedkoop en minder storings- en slijtagegevoelig, zodat we velen gedurende een lange tijd autonoom kunnen laten werken. We zijn dus altijd op zoek naar nieuwe en innovatieve ideeën waarmee we meer functionaliteiten kunnen hebben voor minder, en popcorn is daar een van."

De studie is de eerste die overweegt robots aan te drijven met popcorn, wat goedkoop is, beschikbaar, biologisch afbreekbaar en natuurlijk eetbaar. Omdat kernels snel kunnen groeien, kracht en beweging uitoefenen bij verhitting, ze kunnen mogelijk miniatuur springende robots aandrijven. Eetbare apparaten kunnen worden ingenomen voor medische procedures. De mix van harde, ongepofte korrels en lichtere gepofte maïs zouden vloeistoffen in zachte robots kunnen vervangen zonder dat luchtpompen of compressoren nodig zijn.

"Pompen en compressoren zijn doorgaans duurder, en ze voegen veel gewicht en kosten toe aan uw robot, " zei Ceron, hoofdauteur van de krant. "Met popcorn, in sommige van de demonstraties die we lieten zien, je hoeft alleen maar spanning toe te passen om de kernels te laten knallen, dus het zou alle omvangrijke en dure onderdelen uit de robots halen."

Omdat korrels niet kunnen krimpen als ze eenmaal zijn gepoft, een popcorn-aangedreven mechanisme kan over het algemeen maar één keer worden gebruikt, hoewel meerdere toepassingen denkbaar zijn omdat gepofte pitten kunnen oplossen in water, zei Ceron.

De onderzoekers experimenteerden met Amish Country Extra Small popcorn, die ze kozen omdat het merk geen additieven gebruikte. De extra kleine variëteit had de hoogste expansieverhouding van de geteste exemplaren.

Na het bestuderen van de eigenschappen van popcorn met behulp van verschillende soorten verwarming, de onderzoekers construeerden drie eenvoudige robotactuatoren - apparaten die worden gebruikt om een ​​functie uit te voeren.

Voor een blokkerende actuator, 36 korrels popcorn verwarmd met nichroomdraad werden gebruikt om een ​​flexibele siliconenbalk te verstevigen. Voor een elastomeeractuator, ze construeerden een drievingerige zachte grijper, wiens siliconen vingers waren gevuld met popcorn verwarmd door nichroomdraad. Toen de korrels ploften, de uitzetting oefende druk uit tegen de buitenwanden van de vingers, waardoor ze gaan krullen. Voor een origami-actuator, ze vouwden gerecyclede Newman's Own biologische popcornzakjes tot origami-balgplooien, vulde ze met pitten en plaatste ze in de magnetron. De uitzetting van de korrels was sterk genoeg om het gewicht van een kettlebell van negen pond te dragen.

De paper werd gepresenteerd op de IEEE International Conference on Robotics and Automation in mei en is co-auteur met Aleena Kurumunda '19, Eashan Garg '20, Mira Kim '20 en Tosin Yeku '20. Petersen zei dat ze hoopt dat het onderzoekers inspireert om de mogelijkheden van andere niet-traditionele materialen te verkennen.

"Robotica is echt goed in het omarmen van nieuwe ideeën, en we kunnen super creatief zijn over wat we gebruiken om multifunctionele eigenschappen te genereren, " zei ze. "Uiteindelijk komen we met zeer eenvoudige oplossingen voor vrij complexe problemen. We hoeven niet altijd te zoeken naar hightech oplossingen. Soms ligt het antwoord voor onze neus."

Het werk werd ondersteund door het Cornell Engineering Learning Initiative, de Cornell Electrical and Computer Engineering Early Career Award en de Cornell Sloan Fellowship.