Роботы, контролируемые Fidget, показывают силу метастабильности

Fidget Poppers являются примером «бистабильности», поскольку всплывшие круги отдыхают в одном из двух стабильных состояний. Исследователи Университета Пердью перенесли эту идею к своей экстремальной, строительной роботам, которые могут быть предварительно запрограммированы и контролированы, используя только физические свойства этих неподвижных попперов.

«Бистатичность – это важная концепция, найденная в природе», – сказал Андрес Арриета, Дуг и Кэти Филд, поднимая звездную звезда, профессор машиностроения. “УшнойНапример, есть бистабильные, складные крылья, которые прижимают к открытому состоянию с очень небольшим количеством энергии. А Венера Flytrap Также закрывает свои листья, используя бистабильные механизмы. Мы работаем над тем, чтобы сделать программируемые структуры, вдохновленные этой бистабильности ».

Команда Арриеты изучила много применений для этой бистатистики, из Изменение формы мебель к Морфические крылья самолетовПолем Но они сосредоточились на одном механизме, в частности: The Fidget Popper. Этот Странно удовлетворяет метаматериал имеет потенциал для хранения энергии, выполнения работы и выступать в качестве механического компьютера. Команда Арриеты даже построила Гигантский лист Fidget продемонстрировать концепцию новым студентам.

https://www.youtube.com/watch?v=QBDBGBPG75Y

Но чтобы максимально использовать их власть, вы должны использовать и контролировать их. «Сделав несколько из этих куполов, мы можем создавать мягких роботов, таких как Grippers и Walkers», – сказал Хуан Осорио (доктор философии), ныне постдокторский исследователь в лаборатории Арриеты.

“Мы можем указать расстояние для каждого куполСтабильное состояние, поэтому мы можем точно предсказать, какой будет кривизна окончательного рычага захвата, в зависимости от того, сколько куполов мы применяем ».

«Купола» изготовлены из 3D-печатного термопластического полиуретана, эластичного материала. Указав материал, Osorio может набрать именно то, как далеко вытягивают купочки при приъезде с сжатым воздухом.

3D-печать купола также обеспечивает «метастабильность», которая является секретным соусом этого нового поколения мягких роботов.

«Метастабильные купола довольно интересны», – сказал он. «Когда мы нажимаем на эти купола, они остаются стабильными в течение короткого периода времени, но затем автоматически отрываются. Это позволяет нам запрограммировать реакцию, зависящий от времени, в наших системах, используя геометрию этих метастабильных куполов».

Их исследования этих новых систем управления были опубликованы в Продвинутая наукаПолем

Осорио и его команда построили два вида мягкие роботы Чтобы продемонстрировать: захватчик и ходок. С помощью захвата Osorio использовал предсказуемость бистабильных куполов, чтобы обеспечить беспроблемный метод определения и классификации размера и веса объектов.

«Робот пытается поднять объект только с одним набором куполов», – сказал Осорио. «Если он не может его схватить, то он применяет второй набор и т. Д., Поскольку мы знаем точные размеры апертуры при приведении в действие, мы можем определить размер объекта, используя только геометрию куполов. Тогда метастабильные купола возвращаются назад после установленного периода времени, вызывая захватчик отпустить объект».

Робот Уокера немного сложнее, со смесью метастабильных и бистабильных куполов под разными углами. Размещая их в определенном порядке и применяя их, робот может двигаться вперед или повернуть налево и вправо.

«Мы не отправляем разные команды через компьютер; это все предварительно запрограммировано в ноги робота, используя только геометрию структуры», – сказал Осорио. «Метастабильность дает нам контрольный орган, который мы не могли бы использовать только бистатичность в одиночку».

Это также предлагает надежность. Осорио проверил устойчивость к повреждению рук захвата, зарезав купола многочисленными иглами, сильно разлагая систему приведения в действие давления воздуха. Тем не менее, из -за физических свойств куполов, захват Оружие продолжало функционировать и удерживать свою форму.

Конечной целью этого исследования является создание роботов, которые могут функционировать без необходимости встроенных компьютеров, батарей, датчиков или других электронных средств.

«Мы хотим создавать роботов, которые могут функционировать в трудных условиях», – сказал Осорио. «Трудно полагаться на электронику в такой среде, как пространство, или ядерный реактор, или на дно океана. Физические системы, такие как наши метастабильные роботы, могут быть отличной альтернативой для выполнения задач в жесткой среде».