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Der von Pflanzen inspirierte weiche Roboter wächst, um schwierige Stellen zu erreichen

2021

Roboter ahmen oft das Leben nach. Wir sind es gewohnt, Bots zu imitieren, die Menschen und Tiere nachahmen, aber es gibt viel Leben jenseits der Beschränkungen von Körpern mit Beinen, die nützliche Maschinen inspirieren können. Forscher der University of California, der Santa Barbara und der Stanford University haben eine Maschine mit langen Ranken hergestellt, die gefährliche Aufgaben ausführen kann, z. B. das Durchgreifen von Trümmern, um einem gefangenen Erdbebenopfer Luft zu pumpen.

In einer neuen Studie in der Zeitschrift Science Robotics demonstrieren die Forscher Elliot W. Hawkes, Laura H. Blumenschein, Joseph D. Greer und Allison M. Okamura einen Roboter, der sich wie ein Lebewesen durch den Weltraum bewegt Eine schnell wachsende, nützliche mechanische Pflanze, die sich von einem einzigen unbeweglichen Fuß abwickelt. Das Design des Roboters ist ausdrücklich von Pflanzen inspiriert.

"Ich erinnere mich, dass ich eine englische Efeu-Pflanze gesehen habe", sagt Hawke, "die im Laufe der Monate um die Ecke meines Bücherregals gewachsen ist, um das Sonnenlicht zu suchen und zu denken, dass sie auf eine bestimmte, sehr langsame Weise irgendwo hingeht."

Ein Ort, an den der Roboter gehen kann, ist „auf“. Mit einem Körper aus Polyethylen (das gleiche Material wie eine Plastiktüte) dehnt sich der Roboter durch Aufpumpen aus, angetrieben von einer batteriebetriebenen Luftmatratzenpumpe. Mit einer flexiblen Antenne, die durch den Körper geführt wird, kann sich der Roboter in die Luft krümmen und so eine spontane Möglichkeit zum Senden von Radiosendungen schaffen.

Ausgehend von einem 11 Zoll langen Gehäuse kann der Roboter eine Ausdehnung von bis zu 236 Fuß oder eine Vergrößerung von 25.000 Prozent erreichen. Es kann unter Türen gleiten oder um Ecken drehen, um an sein Ziel zu gelangen. Bei ausreichendem Druck kann es sogar durch einen Riss rutschen, über ein Rohr geführt und dann an einem Ventil heruntergezogen werden. Diese Aufgabe kann Leben retten und Rettungskräfte vor dem Risiko einer Gasleckage bewahren.

Mit einer Kamera am vordersten Ende kann der weiche Roboter sogar wachsen wie eine Pflanze, indem er nach Licht sucht und sich nach Licht biegt und entweder die obere oder die untere Kammer mehr aufbläst, um eine Biegung in seinem verlängernden Körper zu erzeugen. Die Kamera ragt am Ende des Roboterkörpers heraus und ihr Kabel verläuft durch den Kern der gesamten Länge des Roboters. Wenn der Körper wächst, zieht er die Kamera mit sich und löst einen Teil des Kabels. Für Nutzlasten, die der Roboter am Ende seiner Länge liefert, werden sie an der äußersten Spitze des Roboterkörpers angebracht und treten aus, sobald sich der Roboter vollständig entfaltet.

Diese Nutzlasten können eine Antenne, ein Sensor oder sogar ein winziges chirurgisches Werkzeug sein. Hawke sagt, sein Team habe den Roboter auf einen Durchmesser von weniger als einem Zehntel Zoll verkleinert, mit dem Ziel, eine Maschine herzustellen, die sich als eigener Katheter in den Venen entfalten und mit einer kleinen Klinge bei der Gehirnoperation helfen kann.

Für traditionellere Rettungsaufgaben kann der weiche Roboter durch Fliegenpapier, dicke Flüssigkeiten, freiliegende Nägel, eisige Oberflächen und enge Lücken wachsen und dann ein Gefäß für Luft sein, die an eine eingeschlossene Person gepumpt wird, oder Wasser, das an eine schwer zugängliche Person gepumpt wird Feuer. Und trotz des dünnen Materials seines Körpers kann er sich krümmen und wachsen, um Gewichte von bis zu 150 Pfund zu heben, wodurch ein Bein möglicherweise von Trümmern befreit wird. Der Körper bleibt an Ort und Stelle, während die Spitze des Roboters wächst. Dies macht ihn zu einem zuverlässigen Weg wie ein Manövrierwerkzeug.

Das Bewegen der Umwelt durch Wachstum hat zwei interessante Vorteile. Erstens kann ein wachsender Körper sehr herausfordernde, eingeschränkte Umgebungen durchlaufen, da es keine relative Bewegung zwischen Körper und Umgebung gibt “, sagt Hawke. Zweitens entsteht eine Struktur, wenn sich die Spitze entlang eines Pfades bewegt. Diese Struktur kann viele Zwecke erfüllen, wie z. B. die Kommunikation, die Unterstützung oder die Bereitstellung von Nutzdaten. Im Gegensatz zu kleinen, von Tieren inspirierten Such- und Rettungsrobotern könnte der Körper des wachsenden Roboters als Leitung dienen, um Sauerstoff oder Wasser an den gefangenen Überlebenden weiterzuleiten. «

Zukünftige Versionen des Roboters könnten robustere Materialien wie Rip-Stop-Nylon oder Kevlar verwenden. Für chirurgische Anwendungen hofft Hawke, in naher Zukunft In-vivo-Tests durchführen zu können. Weiche Robotik kennt vielleicht keine bekannteren starren Körper, aber wie die Pflanzen und Tiere, die sie replizieren, fügen sie sich gut in eine menschlich geformte, organische Welt ein.

"In der weichen Robotik geht es mir nicht nur darum, Marshmallow-Roboter zu bauen, um etwas anderes zu tun", sagt Hawke. "Sondern um einen grundlegenden Kompromiss, wenn Compliance zu einem Robotersystem hinzugefügt wird: den Handel mit Präzision." und Wiederholbarkeit traditioneller starrer Roboter für die Anpassungsfähigkeit und Sicherheit von weichen Robotern

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