Weich

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Der Bereich der Robotik hat seit der Aktivierung von Sophia von Hanson Robotics im Jahr 2016 große Fortschritte gemacht. Jetzt haben wir menschenähnliche und ausdrucksstarke Roboter wie Ameca von Engineered Arts und den russischen Roboter Alex. Aber wir haben auch tierähnliche Roboter, wie AIROs KI-Fisch MIRO, der im Wasser schwimmen kann, und Hengbots Roboterhund Sparky, der muskuloskelettale Gliedmaßen hat.

Jetzt hat eine Gruppe von Forschern der DePaul University in Chicago eine Roboterrobbe mit weichen Gliedmaßen entwickelt, indem sie die Fortbewegung von Flossenfüßern untersuchte. Flossenfüßer sind eine Gruppe von Meeressäugern wie Seelöwen und Robben, die sich mit Flossen fortbewegen.

Roboter mit weichen Gliedmaßen können mehrere Aufgaben ausführen, die herkömmliche Roboter nicht können, beispielsweise das Manövrieren durch enge Räume und den Umgang mit empfindlichen Gegenständen. Darüber hinaus sind sie anpassungsfähiger an veränderte Umgebungen, da sie Stürze tolerieren können, was die Zusammenarbeit mit Menschen sicherer macht.

Aufgrund dieser Vorteile bieten sie mehrere potenzielle Anwendungen, wie z. B. Überwachung, Suche und Rettung sowie Tiefsee- oder Planetenerkundung. Die aktuelle Technologie weist jedoch viele Nachteile auf, wie z. B. eine begrenzte Nutzlast, geringe Geschicklichkeit der Gliedmaßen, minimale Gangbahnen und begrenzte Freiheitsgrade.

Dimuthu DK Arachchige et al./arXiv

Diese Nachteile motivierten die Forscher, einen Roboter mit weichen Gliedmaßen zu bauen, der von den Bewegungen von Flossenfüßern inspiriert war. Ihr Roboter hat zwei Vorderbeine und ein Hinterbein (oder Hinterbein) für terrestrische Bewegungen, wie Walrosse, Seelöwen oder Robben.

Jedes Glied des Roboters ist 9,5 Zoll (~ 24,1 cm) lang und 1,5 Zoll (~ 3,8 cm) breit und wird von pneumatischen Muskelaktoren (PMAs) angetrieben. PMAs sind weiche, flexible Geräte, die mithilfe von Druckluft Bewegung erzeugen und von der Struktur und Funktion biologischer Muskeln inspiriert sind.

Die Gliedmaßen der Roboterrobbe können mit Flüssigkeit gefüllt werden, um sie steif zu machen, und anschließend abgelassen werden, um sie flexibler zu machen. So bewegt es sich und ändert die Richtung. Die gesamte Struktur ist zu ihrem Schutz von einer starken Hülle und einem Rückgrat umgeben.

Die genauen Bewegungen des Soft-Roboters sind in diesem Video zu sehen, das vom Erstautor der Studie, Dimuthu DK Arachchige, geteilt wurde.

Wie zu sehen ist, zeigt der Roboter mit weichen Gliedmaßen viele verschiedene Gangarten, darunter Vorwärts- und Rückwärtskrabbeln, Links- und Rechtskrabbeln und Drehen, Drehen auf der Stelle (sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn) und aggressives Drehen in beide Richtungen.

Dieses große Bewegungsspektrum ermöglicht es ihm, über unebenes Gelände zu springen und über Hindernisse zu springen, was herkömmliche Roboter, die auf vierbeinigen Kreaturen basieren, nicht können. Die Forscher wollen künftig an dynamischen Gangarten arbeiten.

Studienzusammenfassung:

Die Fortbewegung auf Beinen ist ein vielversprechendes, aber wenig erforschtes Teilgebiet der Soft-Robotik. Die nachgiebigen Gliedmaßen von Robotern mit weichen Gliedmaßen bieten zahlreiche Vorteile, darunter die Fähigkeit, Stöße zu regulieren, Stürze zu tolerieren und durch enge Räume zu navigieren. Diese Roboter können für verschiedene Anwendungen wie Such- und Rettungsdienste, Inspektionen, Überwachung und mehr eingesetzt werden. Der Stand der Technik steht immer noch vor vielen Herausforderungen, darunter begrenzte Freiheitsgrade, mangelnde Vielfalt bei den Gangverläufen, unzureichende Geschicklichkeit der Gliedmaßen und begrenzte Nutzlastkapazitäten. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickeln wir einen modularen Roboter mit weichen Gliedmaßen, der die Fortbewegung von Flossenfüßern nachahmen kann. Durch die Verwendung eines modularen Designansatzes wollen wir einen Roboter schaffen, der über verbesserte Freiheitsgrade, Gangartvielfalt, Geschicklichkeit der Gliedmaßen und Nutzlastfähigkeiten verfügt. Wir leiten ein vollständiges kinematisches Modell des vorgeschlagenen Roboters auf schwebender Basis ab und verwenden es, um eine Vielzahl von Fortbewegungsgangarten zu generieren und experimentell zu validieren. Die Ergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Roboter in der Lage ist, diese Gangarten effektiv zu reproduzieren. Wir vergleichen die Fortbewegungsbahnen unter verschiedenen Gangparametern mit unseren Modellierungsergebnissen, um die Gültigkeit unserer vorgeschlagenen Gangmodelle zu demonstrieren.