受儿童玩具启发的下一代软机器人

屈曲，结构稳定性的突然丧失，通常是工程上的噩梦。机械屈曲意味着从火箭到蛋奶酥的每个结构系统都会发生灾难性的故障。这是造成2010年Deepwater Horizo​​n漏油的原因，还有其他许多灾难。

但是，正如任何曾经玩过玩具弹出器的人都知道的那样，屈曲也会释放很多能量。当a子的结构弯曲时，不稳定所释放的能量会使玩具飞过空中。现在，来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和哈佛大学威斯生物启发工程学院的研究人员已经利用了这种能量，并利用屈曲来制造快速移动的充气式软致动器。

该研究发表在《科学机器人》上。

SEAS的博士后研究员，论文的第一作者，本杰明·戈里森说：“软机器人在从微创手术工具和外骨骼到仓库抓手和视频游戏附件的广泛应用中具有巨大的潜力。” “但是，当今软执行器的应用受到其速度的限制。”

流体软促动器的启动和移动速度往往很慢，因为它们需要大量的流体来工作，并且无论是气体还是流动性，其流量都受到设备中的管子和阀门的限制。

SEAS＆co -该论文的第一作者。

威廉姆和阿米·关·丹诺夫（Ami Kuan Danoff）应用力学教授卡蒂亚·贝托迪（Katia Bertoldi）表示：“该执行器是一个构建块，可以集成到一个完全软的机器人系统中，从而使已经可以爬行，行走和游泳的软机器人具有跳跃的能力。” SEAS和该研究的资深作者。 “通过将跳线整合到这些设计中，这些机器人可以在未知的地形中安全导航。”

Bertoldi还是威斯学院（Wyss Institute）的副教授。

研究人员依靠的是推动玩具弹出器的相同类型的屈曲，即所谓的外壳屈曲。该团队设计了带有两个球形盖的执行器-基本上是两个波普尔-像俄罗斯嵌套娃娃一样嵌套在一起，并连接在基座上。在通货膨胀时，两个上限之间会形成压力。较薄的外盖会膨胀，而较厚的内盖会弯曲并折叠，撞到地面并将设备弹向空中。

尽管该设备看起来很简单，但是了解基本的物理原理对于控制和优化机器人的性能至关重要。之前有关壳屈曲的大多数研究都研究了如何避免壳屈曲，但Gorissen，Melancon和其他团队希望增加不稳定性。

正如命运所愿，壳屈曲研究的先驱之一就位于皮尔斯·霍尔（Bercedi Hall）的贝尔托迪（Bertoldi）团队的下两层楼。 1964年加入哈佛大学的名誉教授约翰·W·哈钦森（John W. Hutchinson）教授开发了一些最早的理论来表征和量化屈曲的壳结构。

“我们的研究对某些方面提出了不同的看法 [Hutchinson’s] 理论，这使我们能够将它们应用于不同的研究领域。”

Melancon说：“能够从该领域的一位先驱那里获得反馈真是太好了。” “他开发了防止失败的理论，现在我们正在使用它来触发屈曲。”

使用既有的理论以及最新的数值模拟工具，研究人员能够表征和调整两个壳体之间的压力成交量关系，从而开发出能够快速反复释放特定量能量的软机器人。该方法可以应用于任何形状和任何大小。它可以用在从小型医疗设备刺穿静脉到大型探索性机器人穿越崎uneven不平地形的各种事物中。

这项研究是由Nikolaos Vasios和Mehdi Torbati共同撰写的。国家科学基金会通过DMR-1420570和DMR-1922321赠款部分支持了该计划。

有所作为：赞助机会

故事来源：

用料 由…提供 哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院。利亚·伯罗斯（Leah Burrows）撰写的原著。注意：可以编辑内容的样式和长度。