Raupe

North Carolina State University, Raleigh, NC

Forscher der North Carolina State University haben einen raupenähnlichen Softroboter demonstriert, der sich vorwärts und rückwärts bewegen und sogar unter engen Räumen eintauchen kann. Die Bewegung des Raupenroboters wird durch ein neuartiges Muster aus silbernen Nanodrähten angetrieben, die mithilfe von Wärme steuern, wie sich der Roboter beugt.

„Die Bewegung einer Raupe wird durch die lokale Krümmung ihres Körpers gesteuert – ihr Körper krümmt sich anders, wenn sie sich nach vorne zieht, als wenn sie sich nach hinten drückt“, sagte Yong Zhu von NC State. „Wir haben uns von der Biomechanik der Raupe inspirieren lassen, um diese lokale Krümmung nachzuahmen und Nanodrahtheizungen zu verwenden, um ähnliche Krümmungen und Bewegungen im Raupenroboter zu steuern.

„Die Entwicklung von Soft-Robotern, die sich in zwei verschiedene Richtungen bewegen können, ist eine große Herausforderung in der Soft-Robotik“, fügte Zhu hinzu. „Die eingebetteten Nanodraht-Heizungen ermöglichen es uns, die Bewegung des Roboters auf zwei Arten zu steuern. Wir können steuern, welche Abschnitte des Roboters sich biegen, indem wir das Erwärmungsmuster im Soft-Roboter steuern. Und wir können das Ausmaß der Biegung dieser Abschnitte steuern, indem wir die Menge der zugeführten Wärme steuern.“

Der Raupenbot besteht aus zwei Polymerschichten, die unterschiedlich auf Hitzeeinwirkung reagieren. Bei Hitzeeinwirkung zieht sich die untere Schicht zusammen; Bei Hitzeeinwirkung dehnt sich die Deckschicht aus. In die expandierende Polymerschicht ist ein Muster aus Silbernanodrähten eingebettet. Das Muster umfasst mehrere Leitungspunkte, an denen Forscher elektrischen Strom anlegen können. Die Forscher können steuern, welche Abschnitte des Nanodrahtmusters sich erwärmen, indem sie elektrischen Strom an verschiedene Anschlusspunkte anlegen, und sie können die Wärmemenge steuern, indem sie mehr oder weniger Strom anlegen.

„Wir haben gezeigt, dass der Raupenroboter in der Lage ist, sich vorwärts zu ziehen und rückwärts zu schieben“, sagte Shuang Wu von NC State. „Im Allgemeinen gilt: Je mehr Strom wir anlegen, desto schneller bewegt sich der Strom in beide Richtungen. Wir fanden jedoch heraus, dass es einen optimalen Zyklus gab, der dem Polymer Zeit zum Abkühlen gab – wodurch sich der „Muskel“ effektiv entspannen konnte, bevor er sich wieder zusammenzog. Wenn wir versuchten, den Raupen-Bot zu schnell zu bewegen, hatte der Körper keine Zeit, sich zu „entspannen“, bevor er sich wieder zusammenzog, was seine Bewegung beeinträchtigte.“

Sie zeigten auch, dass die Bewegung des Raupenroboters so weit kontrolliert werden konnte, dass Benutzer ihn unter einer sehr geringen Lücke steuern konnten. Im Wesentlichen konnten die Forscher sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsbewegung sowie die Höhe, nach der sich der Roboter zu jedem Zeitpunkt dieses Vorgangs nach oben beugte, steuern.

„Dieser Ansatz zum Antreiben von Bewegungen in einem Soft-Roboter ist äußerst energieeffizient, und wir sind daran interessiert, Wege zu erkunden, wie wir diesen Prozess noch effizienter gestalten können“, sagte Zhu. „Zu den weiteren nächsten Schritten gehört die Integration dieses Ansatzes zur sanften Fortbewegung von Robotern mit Sensoren oder anderen Technologien für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen – etwa Such- und Rettungsgeräten.“

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Matt Shipman unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Augustausgabe 2023 des Tech Briefs Magazine.

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