Mechatronics'teki Yumuşak Robotik Devrim

On yıllardır, endüstriyel robotikler, katı metalik kolları, hassas dişliler ve sonlu son müşterilerden makineler inşa ederek, polimerler ve akıllı malzemeler, yumuşak robotlar, hassas malzemelerle yüzleşince, ve doğal olmayan bir güvenlikle mücadele ediyorlar.

Yumuşak Makinelerin Biyolojik Kökleri

Yumuşak robotlar doğanın derin ilhamını alır. Bir octopus kolu, iskelet desteği olmadan elongate, viraj ve tutuşabilir; bir fil gövde, uzun süre boyunca çeşitli sertliklerle olağanüstü hassas nesnelere sahiptir; adapiller, karmaşık bir arazi kullanarak periferik dalgalar geçirirler. Bu biyolojik sistemler olağanüstü bir şekilde kasvetir, çünkü doğranmış robotların yumuşaklığı nedeniyle sert bir şekilde sürüklenme ve sertleştirici bir şekilde sürüklenmelere rağmen.

Harvard Üniversitesi'ndeki Wyss Institute gibi önde gelen kurumlardaki araştırmacılar bunu kabul etti ve yapılandırılmış ortamlarda çalışan robotlar için şişmiş olan elastomerik hareketleri inşa etmeye başladılar.

Malzemeler: Yumuşak Robotiklerin Vakfı

Malzemelerin seçimi yumuşak robotun yeteneklerini tanımlar. Ecoflex, Dragon Skin ve PDMS gibi silikon elastomerleri yüksek elongasyon limitleri nedeniyle yaygın olarak kullanılır (toplama 500'den fazla), biyokompatlanabilirlik ve yumuşak matrisler (TPU) ısıtılabilir ve FDM 3D baskı ile uyumludur; Bu da katı bir manipülasyona izin verir.

Fabrication teknikleri, manuel olarak gelişmiş çokmal baskı için gelişti. Direkt ink yazma (DIW) ve PolyJet teknolojisi, pnömatik ağlar için gerekli karmaşık iç odaların oluşturulması için bile önemli kalır.Görünmüş algılama metalleri kullanarak ölçeklenebilir elektronikler üretir - güvenli etkileşim için temelleri - örneğin yumuşak metaller için yumuşak metaller için yumuşak basınç sensörleri ve yumuşak camlı kapaklar için gerekli olan sertleştirici robotları kontrol eder.

Kendini kınayan ve Sürdürülebilir Malzemeler

Durability, yüksek sıcaklıklardaki reform bağlarının aktif olarak araştırıldığı mikrokapılardan gelen ve dinamik kovalan ağlarından gelen, yedeklenen ve uygulanabilir tıbbi cihazlarla uyumlu olan operasyonel yaşam uygulamaları genişletilebilir.

Akıcılar ve Kontrol: Sonsuz Özgürlüklü Özgürlük

Yumuşak robotlar farklı hareket eder. Elektrikli motorlar yerine, istenen pozlar için pnömatik veya hidrolik enflasyona güveniyorlar. PneuNet (pneumatic network) hareketleyiciler ve dielektrik elastomer hareketleri (DEAs) sürekli olarak bükme, bükülme veya elongasyon üretmek için bir araya gelir. Tendon-güdümlü tasarımları, bu uyumlu yapıların temel olarak sertleştirilmesi için sert bir şekilde zorlayıcıdır.

Araştırmacılar bu meydan okumayı birden çok yaklaşımla karşılamaktadır. Model tabanlı yöntemler, istenen bir pozlama için sonlu elemanlar analizi (FEA) veya parçalı sürekli bir şekilde incelenme (PCC) sürekli eğrileri, sürekli eğimli arkeolojileri yönetmek için son derece basitleştirmeler.Bu modeller, birçok manipülatör için etkili bir şekilde kullanır.Bu modeller, bilgisayar destekli bir diskometrik analiz için doğrulayıcısı doğrulayıcısı doğrulayıcı bir şekilde doğrulayıcıya uygular.

Sensing ve Devlet Estimation

Doğru devlet tahminleri kapalı-loop kontrolü için bir ön şart. Yumuşak robotlar, malzeme uyumuna rağmen şekil ve iletişim güçlerini bilmelidir. Manyetik takip sistemleri gömülü kalıcı mıknatıslar ve dış mekan sensörleri kullanarak sürekli bir ölçüm oluşturabilir. Fiber Bragg granülasyonlar (FBG) Robotun vücudunda ısıtılması, esnek olmayan bir pakette doğru şekilde hareket etme imkanı sağlar.

Uygulama Sınırları

Tıbbi Müdahaleler ve Rehabilitasyon

Yumuşak robotlar ilaç dönüştürmektir. Ritolojik cerrahi cihazlar hassas dokulara zarar verebilir; yumuşak catheters ve endoskoplar, minimal travma ile işkence edici barları gezinmek için sıvı hareketlendirmek için sıvı bir davranıştır. Flex Robotik Sistem, transoral prosedürler için yumuşak bir sonoskop, articulates, herhangi bir şeklin nesneleri sarsan - ayrıca bir çiğnici diskotuvarda bulunan bir elzemler için doğal bir şekilde refakatiyet sağlar.

Adaptasyon Endüstriyel Otomasyon

E-ticaret ve gıda işlemesi, çeşitli, kırılgan eşyaları yüksek hızda idare edebilecek evrensel kıvrımlar arıyordu. Soft Robotics Inc.'den gelen 0/SQS; , yumuşak kavrama ve sarmalama yeteneği, mükemmel bir uyumsuz, betonlar için empoze edilen metaller, betonlar, hassas robotlar gibi işbirliğine uyum sağlayan, mevcut mekatronik hatlarına entegre etmek.

İnsan-Robot İşbirliği

Collaborative robotlar fiziksel temas sırasında güvenliği garanti etmelidir. Ritrons, elektriksel sensörlerin etkisini durdurmak için güçlendirici sensörler kullanmasına neden olabilir, ancak zor yüzeyleri, insan dokunuşunu kazadan ayırt eden, robot rehberlerinin veya verimlerin nereden elde ettiği bir robot koluna sahiptir. Soft mobile robotları, pnömatik kaslarla güçlendirerek, bu tür hataların güvenli bir şekilde değiştirilmesine yardımcı olabilir.

Giysilenebilir Mechatronics

Exosuits, tekstil bazlı yumuşak hareketleyiciler, kablolar tarafından baskılandığında veya çekilirken, eklem açılarını ve kas aktivitelerini kısıtlamadan alıkoyan kişilere yardımcı oluyor.Bu cihazlar hafiftir ve tamamen mechatronic giyilebilir bir sistemle kapatılabilir.Fort Biodesign Lab's Exosuit, Bowden kablo iletimini kullanarak, günlük olarak kullanım için uygulamalarınızı azaltılabilir.

Su ve Çevre Robotik

Su ortamı doğal olarak yumuşak robotik ilkelere uygundur. Jellyfish-inspired robotlar, sessiz, verimli tahrik için hidrolik hareketlendirme kullanır. Yumuşak tuzaklar deniz organizmalarını hasarsız ele alır, biyolojik örnekleme için kritik bir şekilde çalışır.Yeraltınların su geçirmezleri derin deniz dağıtımını basitleştirir. Yumuşak robotlar da mevcutlara adapte etmek için hidrolik yetenek veya morfoloji kullanabilir, okyanus izleme ve keşif için yeni olanaklar sunar.

Persistent Challenges

İlerlemeye rağmen, yumuşak robotlar, yaygın olarak kabul edilen sınırları kısıtlayan engellerle karşı karşıyadır. Kontrollü sistemlerdeki doğruluk gecikmeleri, ürperticileri ve tekrarlanan döngüleri tekrar eden doğrusal olmayan yanıtlara sahiptir.Malo-elastic sensörleri ve makine vizyonu, gerçek zamanlı olarak şekillendirilen bağlara göre şekillendirir.

Scalability kısıtlanmış. Soft aktüatörler genellikle uyum için ticaret gücüdür. Tamamen yumuşak bir kol daha büyük ölçekli veya yüksek çözünürlükte sıvıların yüksek hızlı bir şekilde üretilmesi için kendi ağırlığının düşmesine çok zayıf olabilir. Güç ve enerji de sınırlıdır: Çoğu pnömatik sistemler, yüksek çözünürlükte pompalar ve borular ve borular ve borular doğrudan yumuşak robot sistemleri kullanarak elektrik kaynaklarını entegre etmek için geliştirilir.

Klasik Mechatronics ile entegrasyon

Yumuşak robotlar geleneksel mechatronics'i dikmiyor, ancak aletli orkestrayı zenginleştiriyor. Bir mechatronics mühendisi şimdi hassas konum için sert servo motorlardan seçim yapabilir, pnömatik yumuşak hareketleyiciler, yumuşak kavrama sistemleri uygun şekilde ve değişken-stiffness kompozitleri için esnektir. Kontrol mimarisine yardımcı oluyor: merkez kontrol sistemleri hem elektriksel sürücüler hem de pnömatik konveyörler.

Future Yol Tarifi

Malzemeler, hesaplama ve AI, bir sonraki on yıl boyunca sinir ağları şekillendirmeye olanak sağlar. Multiworks that samed as structure, sensör ve aktüatör tasarlayabilir ve güvenilirliği geliştirebilir.Soruda ilerlemeler, küçük pnömatik devreleri gerçek zamanlı olarak yeniden yapılandırmaya devam edecektir.In-board kimyasal baskı hücreleri entegre eden sentetik scaffolds ile çalışır - erken araştırmalarda, bu tür robotlar kendilerini hücresel süreçleri kullanarak tamir edebilir.

Standartlaştırma ortaya çıkıyor. SOFA (Simulation Open Framework Architecture) ve VoxCAD, imalattan önce mühendislere deformasyonu simüle etmeye izin veriyor.Aktif bileşenlerin ticari ürünlere entegrasyonu hızlanıyor; lojistikten kaynaklanan endüstriler, yumuşak uçlu sistemler için olgunlaşıcı ve yıpranmış robotların yakınlaştırılması, bu tür cihazların daha güvenli hale getirilmesini sağlayacak şekilde daha güvenli hale getirecek.

Yumuşak robotların entegrasyonu, niş bir eğilim değil, gerekli bir evrimdir. Otomasyon hastanelere, mutfaklara, çiftliklere ve evlere genişliyor, makineler güvenli, adapte edilebilir ve affedilebilir. Soft components tam olarak bu nitelikleri sağlar, mechatronic sistemleri yaşam organizmaları gibi daha da genişletir - kibar, kibar ve derinden yetenekli.