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Weiche Roboter können jetzt wie Geparden laufen und wie Marlins schwimmen


Die von Dr. Jie Yin, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der North Carolina State University, entwickelte LEAP-Wirbelsäule (Leveraging Elastic Instabilities for Amplified Performance) stützt sich stark auf die natürliche Flexibilität des Geparden. Normalerweise bewegen sich weiche Roboter über feste Oberflächen, während alle vier Füße fest auf dem Boden stehen. Leider schränkt dies ihre Geschwindigkeit stark auf etwa 0,8 Körperlängen pro Sekunde ein. Der 7 mm lange, 45 g Proof-of-Concept-LEAP-Softbot galoppiert jedoch zusammen mit nicht mehr als zwei seiner vier Füße gleichzeitig und kann 2,7 Körperlängen pro Sekunde abdecken – mehr als dreimal so weit. Es kann Steigungen überwinden, die andere weiche Roboter nicht können. Laut einer am Freitag in der Zeitschrift veröffentlichten Studie kann es sogar unter Wasser verwendet werden, um einen Roboterfisch zwischen 32 und 122 Prozent schneller als andere weiche und hybride Roboter anzutreiben. Fortschritte in der Wissenschaft.

Ihre Schnelligkeit beruht auf einer „bistabilen“ Wirbelsäule, was bedeutet, dass sie eher wie ein Lichtschalter funktioniert – in der einen oder anderen Position – als wie ein Türscharnier, das in jedem Winkel ruhen kann, erklärte Yin Engadget.

„Wir können schnell zwischen diesen stabilen Zuständen wechseln, indem wir Luft in Kanäle pumpen, die den weichen Silikonroboter auskleiden. Durch das Umschalten zwischen den beiden Zuständen wird eine erhebliche Menge an Energie freigesetzt, sodass der Roboter schnell Kraft auf den Boden ausüben kann “, sagte Yin kürzlich in einer Pressemitteilung der NCSU. "Dadurch kann der Roboter über die Oberfläche galoppieren, was bedeutet, dass seine Füße den Boden verlassen."

Wie Sie im obigen Video sehen können, fallen die Hinterfüße des LEAP beim Landen der Vorderfüße des Bodens vom Boden ab und wölben den Rücken des Roboters nach oben. Wenn die hinteren Füße herunterfallen, wölbt sich auch der Rücken des Roboters nach unten und verlängert die Schrittlänge erheblich. Dies ermöglicht es ihm, mehr Boden mit weniger Energie zu bedecken, da nur die Reibung mit zwei Beinen gleichzeitig und nicht mit allen vier Beinen überwunden werden muss.

Während dieser pintgroße Roboter beeindruckend ist, könnte das, was als nächstes kommt, revolutionär sein. Der LEAP-Mechanismus ist zum einen skalierbar, und Yin hofft, möglicherweise sowohl größere als auch kleinere Versionen erstellen zu können. "Sie können auf Tiergröße oder sogar menschliche Körpergröße skaliert werden", erklärte Yin. "Es kann auch auf die Größe eines Roboters in Nano- oder Mikrogröße verkleinert werden." Wir könnten eines Tages große Hunde sehen, die mit der gleichen Geschwindigkeit wie Geparden galoppieren, oder mikroskopisch kleine Softbots, die auf der Suche nach Krankheiten durch unsere Eingeweide kriechen.

Auf menschlicher Ebene könnte dieser Mechanismus zu aktiven Prothesen führen, deren Bewegung nur geringe Anstrengungen der Benutzer erfordert. Der LEAP ist auch in der Lage, Objekte mit bis zu 10 kg Kraft zu greifen, was zu lebensechten Handprothesen führen kann. Selbst starre Roboter können vom LEAP-System profitieren und möglicherweise ihre Geschwindigkeit verdoppeln, schätzt Yin.

"Mögliche Anwendungen sind Such- und Rettungstechnologien, bei denen Geschwindigkeit entscheidend ist, und industrielle Fertigungsrobotik", sagte Yin in einer NCSU-Erklärung. "Stellen Sie sich zum Beispiel Produktionslinienrobotik vor, die schneller ist, aber dennoch zerbrechliche Objekte handhaben kann."

In Zukunft hoffen Yin und sein Team, Module mit Multi-Stabilität zu entwickeln, was bedeutet, dass sie anstelle der derzeit verwendeten Binärzustände mehrere stabile Zustände haben. Dies würde es dem System ermöglichen, kompliziertere und kompliziertere Bewegungen auszuführen. Yin hofft auch, das System für die Verwendung mit anderen Aktuatoren als dem vorhandenen pneumatischen Aufbau wie Magneten anpassen zu können. Durch Einbetten von Magneten in das LEAP-Material könnte man es durch elektromagnetische Wechselfelder hin und her biegen. Leider sind wir wahrscheinlich noch Jahre davon entfernt, es in der Massenproduktion zu sehen.


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