Med utmärkt flexibilitet och anpassningsförmåga blir mjuka uppblåsbara robotar framtidens ljus i många applikationer. Att sömlöst integrera avkännings- och kontrollsystem i dessa robotar har dock varit en knepig utmaning, eftersom det måste göras utan att kompromissa med robotens mjukhet, formfaktor eller prestanda.
En forskargrupp ledd av professor Jiyun Kim (avdelningen för ny materialteknik, UNIST) och professor Jonbum Bae (avdelningen för maskinteknik, UNIST) har gjort ett enormt genombrott inom detta område genom att framgångsrikt utveckla en innovativ lösning känd som "mjuk ventil "-teknik, som möjliggör full integration av sensorer och styrventiler. Medan robotens mjukhet bibehålls.
Traditionellt har kroppen av en mjuk robot behövt samexistera med stela elektroniska komponenter för att möjliggöra avkänningsfunktioner. Denna utmaning har gett upphov till "soft valve"-teknik, en integrerad lösning som blandar sensorer och styrventiler tillsammans utan att hindra robotens mjukhet. Tekniken använder sig av mjuka analoga sensorer och styrventiler, komponenter som inte kräver el för att fungera.
Dessa rörformade komponenter har en dubbel funktion: de kan upptäcka yttre stimuli, samtidigt som de använder lufttryck för att exakt kontrollera robotens rörelser.
Detta genombrott innebär att mjuka robotar inte längre behöver förlita sig på stela elektroniska komponenter för avkänning och kontroll. Traditionella mjuka robotar har flexibla kroppar, men kräver ofta hårda elektroniska komponenter för stimulusdetektering och körkontroll. Men tillkomsten av mjukventilteknologi har gett dessa robotar större autonomi och anpassningsförmåga.
Denna forskning ger också ett brett spektrum av tillämpningsmöjligheter. Forskargruppen skapade en universaltång som på ett skickligt sätt kan greppa ömtåliga föremål, såsom potatischips, och undvika risken för överdriven kraft som kan resultera i brott när traditionellt stela robotar plockar upp föremål.
Dessutom har forskargruppen framgångsrikt utvecklat bärbara armbågsstödda robotar utformade för att minska belastningen på musklerna när de utför repetitiva uppgifter eller jobb som kräver ansträngande armaktivitet. Dessa armbågsstöd anpassar sig automatiskt till böjvinkeln på individens arm, vilket minskar stressen med i genomsnitt 63 procent och gör det bekvämare att bära roboten.
Kärnprincipen för mjukventilteknologi är att använda luftflödet i den rörformade strukturen för att fungera. När spänningen appliceras på ena änden av röret, komprimerar den inre gängan det och kontrollerar därigenom in- och utflödet av gas. Denna unika rörelse, som liknar ett dragspel, möjliggör exakt och flexibel robotrörelse utan behov av elektricitet.
Forskargruppen fann också att genom att programmera strukturen eller antalet trådar i röret kunde de kontrollera förändringar i luftflödet på ett korrekt sätt. Denna programmerbarhet gör att roboten kan skräddarsys för olika situationer och krav samtidigt som den förblir flexibel som svar på yttre krafter.
Professor Bae sa: "Dessa nyutvecklade komponenter kan enkelt programmeras med material som ska användas utan behov av elektronik. Detta genombrott kommer i hög grad att främja utvecklingen av olika bärbara system."
Denna banbrytande mjuka ventilteknologi markerar ett stort steg mot att möjliggöra autonom drift av helt mjuka, elektroniskt fria robotar, en viktig milstolpe för att förbättra säkerheten och anpassningsförmågan inom flera industrier. Fynden, publicerade i tidskriften Nature Communications, öppnar nya möjligheter för framtiden för mjuk robotik. Denna teknik förväntas spela en nyckelroll inom hälso- och sjukvård, tillverkning och många andra områden, vilket ger större bekvämlighet och innovation till våra liv och arbete.