ساده سازی روبات‌های نرم

این روبات جدید ساده شده‌ی نرم که توسط هوای فشرده شده توان می گیرد جایگزین سیستم های کنترل چندگانه با یک ورودی می شود، و تعداد، وزن، و پیچیدگی مؤلفه های مورد نیاز برای توان بخشی به دستگاه را کاهش می دهد. اعتبار: آزمایشگاه برتولدی / هاروارد SEAS
 
یک روبات نرم که توسط محققان از مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان اِی پاولسون هاروارد (SEAS) ایجاد شده است می تواند راه را برای روبات های کاملا بدون افسار برای اکتشافات فضایی، سیستم های جستجو و نجات، تقلید زیستی، جراحی های پزشکی، توانبخشی و موارد دیگر هموار کند.
 
این روبات جدید ساده شده‌ی نرم که توسط هوای فشرده شده توان می گیرد جایگزین سیستم های کنترل چندگانه با یک ورودی می شود، و تعداد، وزن، و پیچیدگی مؤلفه های مورد نیاز برای توان بخشی به دستگاه را کاهش می دهد.
 
نیکولاوس واسیوس، دانشجوی کارشناسی ارشد در SEAS و اولین نویسنده این مقاله، گفت: "قبل از این تحقیق، ما نمی توانستیم روبات های نرم سیالی را بدون کنترل مستقل هر فعال کننده از طریق خطوط ورودی جداگانه و منابع فشار و یک فرایند پیچیده راه اندازی، بسازیم." "اکنون می توانیم وظیفه مندی روبات های نرم سیالی را در طرح آنها جاسازی کنیم، و به یک ساده سازی مهم در فعال سازی آنها اجازه دهیم."
 
این تحقیق در مجله «روباتیک نرم» منتشر شد.
 
محققان به منظور ساده سازی روبات های نرم، ویسکوزیته سیال را مهار کردند. ویسکوزیته، اندازه گیری‌ای برای مقاومت سیال در حال حرکت از میان یک شیء است. تصور کنید آب از میان توده ای کاه در حال حرکت است – هر چه کاه نازک تر باشد، برای آب مشکل تر است که از میان توده‌ی کاه عبور کند. با استفاده از این اصل، محققان به رهبری کتیا برتولدی، استاد مکانیک کاربردی در ویلیام و آمی کوآن دانف SEAS، با دقت لوله هایی با اندازه های مختلف را انتخاب کردند تا کنترل کنند که هوا با چه سرعتی از میان دستگاه عبور می کند. یک ورودی منفرد، همان مقدار هوا را از طریق یکی از لوله ها پمپ می کند، اما اندازه لوله ها تعیین می کند که هوا چگونه و کجا جریان یابد.
 
تیم چارچوبی را توسعه داد که به طور خودکار تعیین می کند چگونه یک روبات نرم باید ساخته شود، چگونه لوله ها باید انتخاب شوند و چگونه باید فعال سازی شوند تا یک کارکرد هدف، مثل خزیدن و راه رفتن، با یک خط ورودی منفرد، به دست آید.
 
آنها این رویکرد را روی یک روبات چهارپای نرم نشان دادند. لوله ها، که در بالای روبات جا سازی شده بودند، هوا را به هر پا به ترتیب هدایت می کردند و به این ترتیب روبات را قادر به خزیدن می کردند.
 
برتولدی، که همچنین یک دانشیار دانشکده در مؤسسه ویز در دانشگاه هاروارد است، گفت: "کار ما برای اولین بار استراتژی‌ای را ارائه می دهد که می تواند برای ساخت روبات های نرم سیالیِ به راحتی فعال شده، استفاده شود که این بر اساس این پدیده شناخته شده جریان ویسکوز است." "با استراتژی ارائه شده در کار ما، راه اندازی روبات های نرم سیالی در حال حاضر ساده تر و راحت تر از همیشه خواهد بود، که این گام مهمی در جهت روبات های نرمِ به راحتی فعال شده و کاملا بدون افسار است."
 

محققان دانشگاه هاروارد از مدل سازی ریاضی برای بهینه سازی طرح یک محرک برای اجرای حرکات الهام گرفته از زیست شناسی استفاده کردند. اعتبار: هاروارد SEAS
 
طراحی یک روبات نرم که دارای حرکات اندامی باشد – شبیه یک انگشت خم شود یا شبیه یک مچ بپیچد - همواره یک فرایند آزمایش و خطا بوده است. در حال حاضر، محققانی از مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان ا. پاولسون دانشگاه هاروارد و مؤسسه ویز برای مهندسیِ الهام گرفته از زیست شناسی روشی را توسعه داده اند برای طراحی خودکار فعال سازهای نرم بر اساس حرکت مطلوب.
 
این تحقیق در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.
 
کتیا برتولدی، پروفسور وابسته جان ل. لوب مؤسسه علوم طبیعی و مؤلف همکار مقاله، گفت: "به جای طراحی این فعال سازها به صورت تجربی، ابزاری می خواستیم که برای یک حرکت بزنیم به برق و به ما بگوید که چگونه یک فعال ساز را برای به دست آوردن آن حرکت طراحی کنیم."
 
طراحی یک روبات نرم که می تواند مانند یک انگشت یا زانو خم شود، ممکن است به نظر ساده برسد، اما حرکت واقعا به نحو باور نکردنی‌ای پیچیده است.
 
فیونوالا کانولی، دانشجوی کارشناسی ارشد در SEAS و اولین نویسنده این مقاله، گفت: "طراحی بسیار پیچیده است زیرا یک نوع محرک برای تولید حرکات پیچیده کافی نیست." "شما نیاز به دنباله ای از قطعه های محرک دارید، که هر کدام حرکت مختلفی را انجام می دهد و شما می خواهید آنها را با استفاده از یک ورودی منفرد فعال کنید."
 
روش توسعه یافته توسط تیم، از مدلسازی ریاضی محرک های توان گرفته از سیال و تقویت شده‌ی فیبری برای بهینه سازی طرح یک محرک برای اجرای یک حرکت معین استفاده می کند. لوله ها، که در بالای روبات جا سازی شده بودند، هوا را به هر پا به ترتیب هدایت می کردند و به این ترتیب روبات را قادر به خزیدن می کردند. این تیم از این مدل برای طراحی یک روبات نرم استفاده می کند که وقتی توسط یک منبع فشار منفرد نیرو می گیرد مثل یک انگشت اشاره خم می شود و مانند یک انگشت شست می پیچد.
 

محققان دانشگاه هاروارد، یک مدل برای طراحی یک روبات نرم توسعه داده اند که وقتی توسط یک منبع فشار منفرد نیرو می گیرد مثل یک انگشت اشاره خم می شود و مانند یک انگشت شست می پیچد. اعتبار: هاروارد SEAS
 
کونور والش، پروفسور وابسته مؤسسه جان ل. لوب در مهندسی و علوم کاربردی، عضو هسته هیئت علمی در مؤسسه ویز برای مهندسی الهام گرفته از زیست شناسی و مؤلف همکار مقاله، گفت: " این تحقیق، روند طراحی روبات های نرم که می توانند حرکات پیچیده را انجام دهند آسان می کند." "از آن می توان برای طراحی یک بازوی روباتی که در طول یک مسیر معین حرکت می کند یا یک روبات پوشیدنی که با حرکت یک عضو همراهی می کند استفاده کرد."
 
این روش شناسی جدید در کیت ابزار روباتیک نرم قرار خواهد گرفت، که یک منبع باز آنلاین توسعه یافته در SEAS برای کمک به محققان، مربیان و نوآوران نوپا برای طراحی، ساخت، مدل سازی، مشخص کردن و کنترل روبات های نرم خودشان است.
 
منبع: Leah Burrows، دانشگاه هاروارد، و مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان ا. پاولسون دانشگاه هاروارد