Bild: Northwestern UniversityEn grupp professorer och forskare vid Northwestern University har skapat en innovativ ny typ av robot som är mjuk, kan gå på egen hand och transportera last.
Mer om innovation
Samuel Stupp, styrelsens professor i materialvetenskap och teknik, kemi, medicin och biomedicinsk teknik vid Northwestern University, sa att robotarna är de första i sitt slag och kan gå i hastigheter som liknar människor samtidigt som de plockar upp föremål och rör sig. dem till nya platser.
Stupp förklarade i en intervju att de centimeterlånga robotarna kan röra sig utan att använda elektricitet, hydraulik eller hårdvara. Insatsen stöddes av det amerikanska energidepartementets kontor för grundläggande energivetenskaper.
“Jag hade under flera år ett intresse av att utveckla nya material som kan efterlikna egenskaper som vi förväntar oss hos levande varelser. För tre år sedan började jag undersöka material som kunde absorbera ljus och sedan göra formförändringar. Det vi försöker göra är att skapa material med en hjärna”, sa han.
SER: 5 Internet of Things (IoT) innovationer (gratis PDF) (TechRepublic)
”Vi designade ett material som är 90 % vatten och 10 % innehåller några väldigt speciella polymerer. När dessa polymerer träffas av synligt ljus ändrar de sin kemiska struktur omedelbart och blir hydrofoba. Så till en början har den mycket vatten inuti, men när ljuset ändrar det, bestämmer den sig för att den inte gillar vatten och driver ut det. Det drar ihop sig och krullar ihop sig och när det kryper ihop sig, om det finns ett magnetfält runt det, utövar magnetfältet en kraft på materialet eftersom det finns en annan magnetisk komponent inuti och kraften får den här nya formen att gå.”
Robotens inbäddade skelett, som består av nickel, reagerar på magnetfält, vilket gör att det kan styras utan att all hårdvara som typiska robotar behöver fungera.
I en studie publicerad i Science Robotics förra månaden av en grupp forskare ledda av Stupp och Monica Olvera de la Cruz, Northwesterns advokat Taylor professor i materialvetenskap och teknik och kemi, skrev forskarna att roboten liknade en fyrbent bläckfisk.
“Genom att kombinera gång- och styrrörelser tillsammans kan vi programmera specifika sekvenser av magnetfält, som fjärrstyr roboten och styr den att följa banor på plana eller lutande ytor,” sa Olvera de la Cruz. “Denna programmerbara funktion låter oss styra roboten genom smala passager med komplexa rutter.”
Olvera de la Cruz förklarade att hennes team kunde demonstrera genom beräkningar hur man optimerar ljusintensiteten, magnetfälten och densiteten hos magnetiska komponenter för att förutsäga rörelserna och beteendet hos de mjuka robotmaterialen
Stupp sa att han har tillbringat flera år med att arbeta på ett koncept som han kallar “robotisk mjuk materia” som liknar havsdjur och först nyligen kunde, med hjälp av sitt team, bygga robotar som kunde röra sig i samma hastighet som människor.
De mjuka robotarna kan ta ungefär ett steg varje sekund och Stupp förklarade att de kan styras med hjälp av magneter och ljus.
“Konventionella robotar är vanligtvis tunga maskiner med massor av hårdvara och elektronik som inte kan interagera säkert med mjuka strukturer, inklusive människor. Vi har designat mjuka material med molekylär intelligens för att de ska kunna bete sig som robotar av alla storlekar och utföra användbara funktioner i små utrymmen, under vattnet eller under jorden, säger Stupp.
“Designen av de nya materialen som imiterar levande varelser tillåter inte bara en snabbare respons utan också utförandet av mer sofistikerade funktioner. Vi kan ändra formen och lägga till ben till de syntetiska varelserna och ge dessa naturtrogna material nya gånggångar och smartare beteenden. Detta gör dem mycket mångsidiga och mottagliga för olika uppgifter.”
På frågan om potentiella användningsfall sa Stupp att han föreställer sig mindre versioner av robotarna som används inom medicin som kan injiceras inuti en kropp för att utföra uppgifter som för närvarande är svåra för läkare.
“Till exempel kan en av dessa mikrorobotar gå in och ta bort en blodpropp från din hjärna efter att du har fått en stroke eller rensa upp blodkärl så att du inte dör av hjärtsjukdom,” sa han.
“Eller så kan vi använda dem för att leverera mediciner och låta dem gå mot en plats i din kropp där du behöver leverera medicin lokalt. Ett annat område är kemiska fabriker som kan tillverka olika typer av produkter med hjälp av dessa naturtrogna material för att hjälpa till att göra molekyler.”
Han tillade att robotarna också kunde användas för miljöanvändning, särskilt i situationer som oljeutsläpp, där människor skulle behöva ta bort giftiga partiklar från vatten. Han föreställer sig också att robotarna skulle vara användbara i alla situationer där mycket små robotar behövs för att reparera något som ett batteri.
Stupp noterade att Department of Energy var intresserade av projektet eftersom de effektivt skapar material som kan omvandla olika typer av energi på ett användbart sätt, som liknar en konstgjord muskel.
“Musklerna i din kropp omvandlar kemisk energi från det du äter till mekanisk energi så att du kan lyfta något. Så det är omvandlingen av kemisk energi till mekanisk energi, säger Stupp.
“Denna omvandling av energi, från en energiform till en annan energi, kan vara källan till fantastisk ny teknik. Och så i det här fallet omvandlar vi ljusenergi och magnetisk energi till mekanisk energi. Du tar ljus och du får något att gå. Det här är en extremt spännande ny frontlinje inom vetenskap och teknik och vi ser fram emot att fortsätta utveckla nya idéer.”
