Harvard-forskere bygger pneumatisk blekksprut

Forskerne beskrev arbeidet sitt i tidsskriftet Nature, og sa at myk robotikk kan revolusjonere hvordan mennesker samhandler med maskiner. Tidligere innsats for å bygge helt kompatible roboter har møtt veisperringer. Andre myke kroppslige roboter romte stive strømforsyninger eller har blitt bundet til eksterne elektriske eller pneumatiske systemer.

"En langvarig visjon for myk robotikk har vært å lage roboter som er helt myke, men kampen har alltid vært å erstatte stive komponenter som batterier og elektroniske kontroller med analoge myke systemer og deretter sette det sammen," sa Robert Wood, professor ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. "Denne forskningen viser at vi enkelt kan produsere nøkkelkomponentene til en enkel, helt myk robot, som legger grunnlaget for mer komplekse design."

Enheten, som måler omtrent 7 cm på tvers og er formet som en liten blekksprut, er laget av silikongeler med forskjellig hardhet. Harvards oktobot er "pneumatisk" basert, drevet av gass under trykk, men ikke trykkluft. I stedet reagerer en liten mengde 50% hydrogenperoksydoppløsning i en brenselcelle med en platinakatalysator og omdanner væsken til en stor mengde gass, som strømmer inn i ottobotens armer og blåser opp kummer i de åtte separate lemmene. Etterfølgende lufting av gassen trekker armene tilbake til sin opprinnelige posisjon.

Octoboten er ikke avhengig av elektroniske kontroller. I stedet brukte forskerne mikrofluidisk logikk som en myk kontroller og en multimateriell, innebygd 3D-utskriftsmetode for å fremstille pneumatiske nettverk i et støpt, elastomerisk robotlegeme. En hybrid monteringsmetode lar teamet bruke myk litografi, støping og 3D-utskrift for raskt å fremstille en rekke materialer og funksjonelle elementer som kreves for autonom, ubundet drift av en myk robot.

Et system med tilbakeslagsventiler og bryterventiler i den myke kontrolleren regulerer væskestrøm inn i og gjennom systemet. Flytkanaler som bare er noen få hundre mikrometer brede er mønstret inn i den myke kontrolleren. Som en elektrisk analogi, er tilbakeslagsventiler, drivstofftanker, oscillator, reaksjonskamre, aktuatorer og utluftingsåpninger relatert til henholdsvis dioder, forsyningskondensatorer, elektrisk oscillator, forsterkere, kondensatorer og nedtrekksmotstander.

For å starte driften blir 0,5 ml drivstoff tilført via en sprøytepumpe i hvert av to drivstoffreservoarer. Drivstoffreservoarene utvider seg elastisk til et trykk på omtrent 50 kPa, og tvinger drivstoff inn i oscillatoren. Oscillatoren inkluderer et system med klype- og tilbakeslagsventiler som vekselvis fører drivstoff inn i platinabelastede reaksjonskamre, hvor den raskt brytes ned. Nedstrøms tilbakeslagsventiler forhindrer at den resulterende trykkgassen går tilbake til den myke kontrolleren, og den strømmer til aktuatorene. Gasstrykk avleder aktuatorene og avtrekk til atmosfæren gjennom en lufteåpning. Ved utlufting stopper drivstoffstrømmen inn i det ene reaksjonskammeret og strømmen til det andre begynner, og initierer en lignende sekvens i det andre nedstrøms katalytiske kammer og aktuatornettverk.

Enkelheten i monteringsprosessen baner vei for mer komplekse design, sa Ryan Truby, en doktorgradsstudent og medforfatter av papiret. Deretter håper Harvard-teamet å designe en pneumatisk blekksprut som kan krype, svømme og samhandle med omgivelsene. En dag kan myke roboter brukes til kirurgiske inngrep eller til å presse verktøy eller kameraer til steder som er vanskelig tilgjengelige.