Новости

Nov 26, 2023

Мягкий робот обнаруживает повреждения и лечит себя

Исследователи установили SHeaLDS — самовосстанавливающиеся световоды для динамического зондирования.

Исследователи установили SHeaLDS — самовосстанавливающиеся световоды для динамического зондирования — в мягкого робота, напоминающего четвероногою морскую звезду и оснащенного управлением с обратной связью. После того, как исследователи прокололи одну из его ног, робот смог обнаружить повреждение и самостоятельно залечить порезы.

Если роботы собираются отправиться в отдаленные места, недоступные для людей, например, глубоко под водой или в далеком космическом пространстве, им потребуются не только энергия и средства, чтобы добраться туда. Им также необходимо хорошо позаботиться о себе.

С этой целью команда под руководством Роба Шепарда, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Cornell Engineering, объединила оптические датчики с композитным материалом, чтобы создать мягкого робота, который может определять, когда и где он был поврежден, а затем восстанавливать себя на месте. место.

Их статья «Автономные самовосстанавливающиеся оптические датчики для повреждения интеллектуальных систем с мягким телом» опубликована 7 декабря в журнале Science Advances. Ведущий автор – докторант Хэдан Бай.

«Наша лаборатория всегда пытается сделать роботов более выносливыми и маневренными, чтобы они работали дольше и имели больше возможностей», — сказал Шепард. «Дело в том, что если вы заставите роботов работать в течение длительного времени, они будут накапливать повреждения. И как мы можем позволить им восстанавливать или устранять эти повреждения?»

Первым шагом для такого ремонта является то, что робот должен быть в состоянии определить, что на самом деле есть что-то, что необходимо исправить.

В течение многих лет Лаборатория органической робототехники Shepherd использовала растягивающиеся оптоволоконные датчики, чтобы сделать мягких роботов и связанные с ними компоненты – от кожи до носимых устройств – максимально маневренными и практичными.

В волоконно-оптических датчиках свет от светодиода проходит через оптический волновод, а фотодиод обнаруживает изменения интенсивности луча, чтобы определить, когда материал деформируется. Одним из достоинств этой технологии является то, что волноводы по-прежнему способны распространять свет, даже если они проколоты или порезаны.

Исследователи объединили датчики с полиуретанмочевинным эластомером, который включает водородные связи для быстрого заживления и дисульфидный обмен для прочности.

Полученные в результате SHeaLDS – самовосстанавливающиеся световоды для динамического распознавания – обеспечивают надежное динамическое распознавание, устойчивы к повреждениям и могут самовосстанавливаться от порезов при комнатной температуре без какого-либо внешнего вмешательства.

Чтобы продемонстрировать технологию, исследователи установили SHeaLDS в мягкого робота, напоминающего четвероногую морскую звезду и оснащенного управлением с обратной связью. После того, как исследователи прокололи одну из его ног в общей сложности шесть раз, робот смог обнаружить повреждение и самовосстановить каждый порез примерно за минуту. Робот также мог автономно адаптировать свою походку в зависимости от повреждений, которые он почувствовал.

Несмотря на то, что материал прочный, он не является нерушимым.

«Они имеют свойства, схожие с человеческой плотью», — сказал Шепард. «Вы плохо лечитесь от ожогов, кислот или тепла, потому что это меняет химические свойства. Но мы можем хорошо лечить порезы».

Shepherd планирует интегрировать SHeaLDS с алгоритмами машинного обучения, которые распознают тактильные события, чтобы в конечном итоге создать «очень выносливого робота с самовосстанавливающейся кожей, но использующего ту же кожу, чтобы чувствовать окружающую среду и иметь возможность выполнять больше задач».

Соавтором статьи выступил докторант Ён Сон Ким.

Исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС, программой НАСА «Инновационные и передовые концепции» и программой EFRI Национального научного фонда.

Исследователи воспользовались услугами Cornell NanoScale Facility, входящего в Национальную координируемую инфраструктуру нанотехнологий, поддерживаемую NSF; Корнеллский центр исследования материалов, который поддерживается программой MRSEC Национального научного фонда; и Корнельский институт энергетических систем.

Получайте новости Корнелла прямо на свой почтовый ящик.