Robot Caterpillar dimostra un nuovo approccio alla locomozione per la robotica morbida

Feb 24, 2024

I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato un robot morbido simile a un bruco che può muoversi avanti, indietro e immergersi in spazi ristretti. Il movimento del robot-bruco è guidato da un nuovo modello di nanofili d'argento che utilizzano il calore per controllare il modo in cui il robot si piega, consentendo agli utenti di guidare il robot in entrambe le direzioni.

"Il movimento di un bruco è controllato dalla curvatura locale del suo corpo: il suo corpo si curva in modo diverso quando si tira in avanti rispetto a quando si spinge all'indietro", afferma Yong Zhu, autore corrispondente di un articolo sull'opera e Andrew A. Adams Professore illustre di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. “Abbiamo tratto ispirazione dalla biomeccanica del bruco per imitare quella curvatura locale e utilizzare riscaldatori a nanofili per controllare curvatura e movimento simili nel robot-bruco.

“Progettare robot morbidi che possano muoversi in due direzioni diverse è una sfida significativa nella robotica morbida”, afferma Zhu. “I riscaldatori di nanofili incorporati ci consentono di controllare il movimento del robot in due modi. Possiamo controllare quali sezioni del robot si piegano controllando lo schema di riscaldamento nel robot morbido. E possiamo controllare la misura in cui tali sezioni si piegano controllando la quantità di calore applicata”.

Il bruco-bot è costituito da due strati di polimero, che rispondono in modo diverso se esposti al calore. Lo strato inferiore si restringe o si contrae quando esposto al calore. Lo strato superiore si espande se esposto al calore. Un modello di nanofili d'argento è incorporato nello strato in espansione del polimero. Il modello include più punti di piombo in cui i ricercatori possono applicare una corrente elettrica. I ricercatori possono controllare quali sezioni del modello di nanofili si riscaldano applicando una corrente elettrica a diversi punti conduttori e possono controllare la quantità di calore applicando più o meno corrente.

"Abbiamo dimostrato che il robot-bruco è in grado di spingersi avanti e indietro", afferma Shuang Wu, primo autore dell'articolo e ricercatore post-dottorato presso la NC State. “In generale, più corrente applicavamo, più velocemente si muoverebbe in entrambe le direzioni. Tuttavia, abbiamo scoperto che esisteva un ciclo ottimale, che concedeva al polimero il tempo di raffreddarsi, consentendo effettivamente al "muscolo" di rilassarsi prima di contrarsi nuovamente. Se provassimo a far girare il robot-bruco troppo velocemente, il corpo non avrebbe avuto il tempo di “rilassarsi” prima di contrarsi nuovamente, il che ne avrebbe compromesso i movimenti”.

I ricercatori hanno anche dimostrato che il movimento del robot-bruco poteva essere controllato al punto in cui gli utenti erano in grado di guidarlo sotto uno spazio molto basso, simile a quando si guida il robot per scivolare sotto una porta. In sostanza, i ricercatori hanno potuto controllare sia il movimento in avanti che quello all’indietro, nonché l’altezza con cui il robot si è piegato verso l’alto in qualsiasi momento del processo.

"Questo approccio alla guida del movimento in un robot morbido è altamente efficiente dal punto di vista energetico e siamo interessati a esplorare modi per rendere questo processo ancora più efficiente", afferma Zhu. “Ulteriori passi successivi includono l’integrazione di questo approccio alla locomozione dei robot morbidi con sensori o altre tecnologie da utilizzare in varie applicazioni, come i dispositivi di ricerca e salvataggio”.

L’articolo, “Robot strisciante morbido ispirato a Caterpillar con attuazione termica programmabile distribuita”, è pubblicato sulla rivista ad accesso aperto Science Advances. L'articolo è stato scritto da Jie Yin, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State; Yaoye Hong, un dottorato di ricerca. studente presso NC State; e da Yao Zhao, ricercatore post-dottorato presso NC State.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation, con le sovvenzioni 2122841, 2005374 e 2126072; e dal National Institutes of Health, con il numero di sovvenzione 1R01HD108473.

-marinaio-

Nota agli editori:Di seguito l'abstract dello studio.

“Robot strisciante morbido ispirato a Caterpillar con attuazione termica programmabile distribuita”

Autori: Shuang Wu, Yaoye Hong, Yao Zhao, Jie Yin e Yong Zhu, North Carolina State University