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

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I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato un robot morbido simile a un bruco che può muoversi in avanti, indietro e immergersi in spazi ristretti. Il movimento del bruco-bot 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. CREDITO
Shuang Wu, Università Statale della Carolina del Nord

Abstract:
I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato un robot morbido simile a un bruco che può muoversi in avanti, indietro e immergersi in spazi ristretti. Il movimento del bruco-bot 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.

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

Durham, Carolina del Nord | Pubblicato il 24 marzo 2023

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

"La progettazione di robot morbidi che possono muoversi in due direzioni diverse è una sfida significativa nella robotica morbida", afferma Zhu. “I riscaldatori a nanofili incorporati ci consentono di controllare il movimento del robot in due modi. Possiamo controllare quali sezioni del robot si piegano controllando il modello di riscaldamento nel robot morbido. E possiamo controllare la misura in cui quelle sezioni si piegano controllando la quantità di calore applicata.

Il bruco-robot è costituito da due strati di polimero, che rispondono in modo diverso se esposti al calore. Lo strato inferiore si restringe o si contrae se esposto al calore. Lo strato superiore si espande se esposto al calore. Un modello di nanofili d'argento è incorporato nello strato di polimero in espansione. Il modello include più punti guida 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 di piombo e possono controllare la quantità di calore applicando più o meno corrente.

"Abbiamo dimostrato che il bruco-bot è in grado di spingersi in avanti e spingersi indietro", afferma Shuang Wu, primo autore dell'articolo e ricercatore post-dottorato presso NC State. “In generale, più corrente applicavamo, più velocemente si muoveva in entrambe le direzioni. Tuttavia, abbiamo scoperto che esisteva un ciclo ottimale, che dava al polimero il tempo di raffreddarsi, consentendo in modo efficace al "muscolo" di rilassarsi prima di contrarsi nuovamente. Se provavamo a muovere il bruco-robot troppo velocemente, il corpo non aveva il tempo di "rilassarsi" prima di contrarsi di nuovo, il che ne comprometteva il movimento".

I ricercatori hanno anche dimostrato che il movimento del bruco-bot poteva essere controllato al punto in cui gli utenti erano in grado di guidarlo sotto uno spazio molto basso, simile a guidare il robot per scivolare sotto una porta. In sostanza, i ricercatori potevano controllare sia il movimento in avanti che all'indietro, nonché quanto in alto il robot si piegava 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 robotica morbida con sensori o altre tecnologie da utilizzare in varie applicazioni, come i dispositivi di ricerca e salvataggio".

Il documento, "Robot strisciante morbido ispirato a Caterpillar con attuazione termica programmabile distribuita", sarà pubblicato il 22 marzo sulla rivista Science Advances. Il documento è stato co-autore di Jie Yin, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso 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, nell'ambito delle sovvenzioni 2122841, 2005374 e 2126072; e dal National Institutes of Health, con il numero di concessione 1R01HD108473.

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YongZhu
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