Questi nuovi attuatori soft potrebbero rendere meno ingombranti i robot soft
Gli ingegneri dell’Università della California di San Diego hanno sviluppato un modo per costruire robot soft compatti, portatili e multifunzionali. L’avanzamento è stato reso possibile dalla creazione di attuatori tubolari morbidi i cui movimenti sono controllati elettricamente, il che li rende facili da integrare con piccoli componenti elettronici.
A riprova del concetto, gli ingegneri hanno utilizzato questi nuovi attuatori per costruire un robot morbido alimentato a batteria che può camminare libero su superfici piane e spostare oggetti. Hanno anche costruito una pinza morbida che può afferrare e raccogliere piccoli oggetti.
Il team, guidato dal professore di ingegneria meccanica e aerospaziale UC San Diego Shengqiang Cai, ha pubblicato il lavoro l’11 ottobre su Science Advances .
Un problema con la maggior parte degli attuatori soft è che presentano configurazioni ingombranti. Questo perché i loro movimenti sono controllati pompando aria o fluidi attraverso le camere all’interno. Quindi costruire robot con questi tipi di attuatori richiederebbe di legarli a pompe, grandi fonti di energia e altre attrezzature specializzate.
In questo studio, gli ingegneri della UC San Diego hanno creato attuatori morbidi che sono controllati con l’elettricità. “Questa caratteristica rende i nostri attuatori tubolari compatibili con la maggior parte dei dispositivi elettronici e delle batterie disponibili in commercio a basso costo”, ha affermato Cai.
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Gli attuatori sono realizzati con un tipo di materiale utilizzato per i muscoli artificiali nei robot, chiamati elastomeri a cristalli liquidi. Sono composti da molecole di cristalli liquidi incorporate in una rete di polimeri elastici. La particolarità di questi materiali è che cambiano forma, si muovono e si contraggono in risposta a stimoli come il calore o l’elettricità, in modo simile al modo in cui i muscoli si contraggono in risposta ai segnali delle cellule nervose.
Per costruire ciascun attuatore, gli ingegneri hanno inserito tre fili di riscaldamento tra due sottili pellicole di elastomero a cristalli liquidi. Il materiale viene quindi arrotolato in un tubo, pre-stirato ed esposto alla luce UV.
Ogni filo di riscaldamento può essere controllato in modo indipendente per far piegare il tubo in sei diverse direzioni. Quando una corrente elettrica passa attraverso uno o due dei fili, riscalda parte del tubo e lo fa piegare nella direzione di quei fili. Quando una corrente viene fatta passare attraverso tutti e tre i fili, l’intero tubo si contrae, accorciandosi in lunghezza. Quando l’elettricità viene spenta, il tubo si raffredda lentamente e torna alla sua forma originale.
“L’uso di un potenziale elettrico applicato esternamente semplifica la programmazione della posizione di ciascun attuatore tubolare”, ha affermato il primo autore Qiguang He, un dottorato di ricerca in ingegneria meccanica e aerospaziale. studente presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering.
La combinazione di più attuatori ha consentito agli ingegneri di costruire diversi tipi di robot software. Hanno costruito un robot libero da deambulazione usando quattro attuatori come gambe. Questo robot è alimentato da una piccola batteria al litio / polimero a bordo. Hanno anche costruito una pinza morbida usando tre attuatori come dita.
Ogni robot ha un microcontrollore di bordo in cui gli ingegneri hanno programmato una sequenza di movimenti controllati elettricamente per gli attuatori. Ciò consente ai robot di muoversi autonomamente.
Il team sta ora lavorando alla realizzazione di attuatori morbidi che possono muoversi più velocemente. Gli attuatori attuali impiegano circa 30 secondi per piegarsi e contrarsi completamente, e fino a quattro minuti per tornare alle loro forme originali. Questo perché il materiale richiede un po ‘di tempo per riscaldarsi e raffreddarsi completamente. L’obiettivo finale è quello di creare attuatori in grado di contrarsi e rilassarsi più rapidamente dei muscoli umani, ha affermato.
Titolo del documento: “Attuatore tubolare morbido a base di elastomero a cristalli liquidi a controllo elettrico con attuazione multimodale”. I co-autori includono Zhijian Wang, Yang Wang, Adriane Minori e Michael T. Tolley, UC San Diego.
Questo lavoro è stato supportato dall’Office of Naval Research (concessione N00014-17-1-2062) e dalla National Science Foundation (concessione CMMI-1554212). Questo lavoro è stato svolto in parte presso la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) presso la UC San Diego, un membro della National Nanotechnology Coordinate Infrastructure, che è supportato dalla National Science Foundation (concessione ECCS-1542148).
