Мягкий робот-манипулятор снабдили сенсорами нажатия и внутреннего давления
Гарвардские ученые разработали эластичный манипулятор с полноценной соматосенсорной системой. Он оснащен тремя типами сенсоров, реагирующих на нажатие, искривление и изменение внутреннего давления. Такие актуаторы, напечатанные на 3D-принтере, можно использовать для захвата небольших объектов с различной твердостью и рельефом поверхности, не боясь повредить их.
Инженеры под руководством Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis) из Гарвардского университета разработали новую технологию для получения мягких актуаторов, оснащенных искусственной соматосенсорной системой, которая состоит из сенсоров трех различных типов и позволяет устройству контролировать силу нажатия в зависимости от механического отклика. Делать такой актуатор ученые предложили из гибкого эластомера с помощью 3D-печати.
Упругая эластомерная матрица актуатора была собрана из трех силиконовых элементов, в которых с помощью технологии внутренней 3D-печати (embedded 3D printing) можно получить сетку из тонких каналов довольно сложной геометрии. Один из этих каналов выполнял функцию пневматической системы, которая изгибает устройство, а еще в трех — находился неньютоновский гель, обладающий ионной проводимостью. При сдавливании или растяжении таких каналов меняется их геометрия, а следовательно — и их проводимость. Поэтому изменение сопротивления канала можно использовать в качестве сигнала о необходимости сменить конфигурацию — согнуться или разжаться. Каждый из трех каналов выполнял функции одного из сенсоров: контактного датчика, датчика внутреннего давления и датчика искривления.
Схема получения актуатора с помощью внутренней 3D-печати. Ryan L. Truby et al./ Advanced Materials, 2018
Сначала исследователи показали, что такое устройство можно использовать в качестве сенсора влажности. В зависимости от содержания воды силиконовая матрица может сжиматься или расширяться, что можно зафиксировать с помощью ионопроводящих сенсоров.
Значительно более интересны приложения актуатора, основанные на его реакции на внешнее механические воздействия. Измерив отклик устройства на несколько различных типов внешнего воздействия: изгиб в различных направлениях, короткий удар и изменение внутреннего давления в канале пневматической системы — ученые разработали схему, по которой такую систему из трех сенсоров можно использовать в качестве соматосенсорной системы, реагирующей на изменение как внешнего, так и внутреннего давления, и изменяющая в зависимости от этого свою конфигурацию.
Изменение сопротивления трех типов сенсоров в зависимости от состояния роборуки при захвате шарика. Ryan L. Truby et al./ Advanced Materials, 2018
Затем из трех актуаторов ученые собрали роборуку — захватывающее устройство, способное сжимать и удерживать различные объекты. Степень искривления и сила сжатия каждого из трех «пальцев» этой руки регулируется автоматически в зависимости от механических свойств объекта и свойств его поверхности.
Полученная система позволяет довольно точно определять давление на объект, что важно при работе с хрупкими объектами. Отделить восприятие температуры от тактильных ощущений оказалось несколько сложнее, но команда надеется усовершенствовать систему за счет интеграции дополнительных датчиков из альтернативных проводящих материалов или машинного обучения. Работоспособность концепции в нынешнем виде была продемонстрирована на примере трех тестовых мячиков разного диаметра и веса и с разными текстурами при температурах от -10 до 95°С.
Разработчики надеются, что такие или подобные им чувствительные устройства станут важными элементами роботов, которые будут использоваться в качестве ассистентов во время хирургических операций или для аккуратных манипуляций с хрупкими или деликатными объектами.
Скачать полный доклад научной команды можно по здесь.
Робототехники из Корнелльского университета тоже представили роборуку с мягкими пальцами, которая может почувствовать, насколько мягок объект, которого она касается. Читайте также о других мягких роботах на нашем сайте.
Источники: Advanced Materials, NPlus1.ru, 3dtoday.
