Blød robotteknologi er en gren af robotteknologi, der har specialiseret sig i konstruktion af robotter af bløde materialer, der ligner væv fra levende organismer. [en]
Mange af ideerne om blød robotik er lånt fra levende organismer – hvordan de bevæger sig og tilpasser sig deres miljø. I modsætning til traditionelle stive robotter giver bløde robotter øget fleksibilitet og tilpasningsevne i udførelsen af opgaver, samt øget sikkerhed ved arbejde i nærheden af mennesker. [2] Disse egenskaber gør det muligt, at de potentielt kan bruges inden for medicin og fremstilling.
Soft robotics konstruerer grundlæggende robotter udelukkende af bløde materialer, hvilket resulterer i robotter, der ligner hvirvelløse dyr som orme eller blæksprutter. Modellering af sådanne robotters bevægelser er en vanskelig opgave, [1] da det kræver brug af kontinuummekaniske metoder ; derfor omtales bløde robotter nogle gange som kontinuumsrobotter.
For at studere biologiske fænomener skaber videnskabsmænd bløde robotter i billedet af levende organismer og udfører eksperimenter, der er svære at udføre på rigtige organismer.
Der er dog stive robotter, der også er i stand til kontinuerlig deformation, såsom slangerobotten.
Bløde strukturer kan bruges som en del af en større stiv robot. Bløde roboteffektorer til at gribe og manipulere genstande har den fordel, at de ikke knækker skrøbelige genstande.
Der kan bygges hybride blødstive robotter, som har en indvendig stiv ramme og udvendige bløde elementer. Bløde elementer kan have mange funktioner: både virkemekanismer, der ligner dyrs muskler, og blødgørende materiale for at sikre sikkerheden ved en kollision med en person.
Bløde robotter kan implementeres i medicin, især i invasiv kirurgi . Bløde robotter kan hjælpe med operationer: Ved at ændre dens form kan en sådan robot nemt bevæge sig gennem menneskekroppens bugtede strukturer. Dette kan opnås ved at bruge et væskedrev. [3]
Bløde robotter kan fungere som fleksible eksosdragter til at rehabilitere patienter, hjælpe ældre eller blot øge brugerens styrke. Harvard-teamet har skabt en fleksibel exosuit, der overvinder manglerne ved stive exosuits, der begrænser en persons naturlige bevægelse. [fire]
Traditionelt er produktionsrobotter isoleret fra menneskelige arbejdere på grund af sikkerhedshensyn, da en kollision mellem en stiv robot og et menneske nemt kan føre til skader på grund af robottens hurtige bevægelse. Bløde robotter kan derimod sikkert arbejde sammen med mennesker, i tilfælde af en kollision vil robottens bløde materialer forhindre eller minimere potentiel skade.
Blød robotik kan bruges til biomimik i hav- eller rumudforskning. I søgen efter udenjordisk liv har forskerne brug for at vide mere om udenjordiske vandmasser, da vand er kilden til liv på Jorden. Bløde robotter kan bruges til at simulere vandlevende væsner. Et sådant projekt blev iværksat af Cornell-gruppen i 2015 under et tilskud gennem NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). [5] Holdet satte sig for at simulere et hypotetisk væsen, der lever i Europas isdækkede hav, Jupiters måne, ved at udvikle en blød robot, der efterligner bevægelsen af en lampret eller blæksprutte i vandet . Udforskningen af en vandmasse, især én på en anden planet, involverer løsning af unikke problemer inden for mekanik og søgen efter materialer.
Bløde robotter, især dem, der er designet til at efterligne livet, skal ofte belastes cyklisk, mens de bevæger sig eller udfører enhver anden opgave. For eksempel, i tilfælde af den ovenfor beskrevne lampret eller blækspruttelignende robot, vil bevægelse kræve vandelektrolyse og gasantændelse, hvilket resulterer i hurtig ekspansion for at drive robotten fremad. [5] Denne gentagne og eksplosive ekspansion og sammentrækning vil skabe intens cyklisk stress på det valgte polymermateriale. En nedsænket robot på Europa ville være praktisk talt umulig at reparere eller udskifte, så man skal være omhyggelig med at vælge et materiale og design, der minimerer initieringen og udbredelsen af udmattelsesrevner. Især bør et materiale vælges med en udmattelsesgrænse eller spændingsamplitudefrekvens, over hvilken træthedsadfærden af polymeren ikke længere er frekvensafhængig. [6]
Da bløde robotter er lavet af bløde materialer, skal temperatureffekter tages i betragtning. Et materiales flydespænding har en tendens til at falde med temperaturen, og i polymere materialer er denne effekt endnu mere udtalt. [6] Ved stuetemperaturer og højere temperaturer kan lange kæder i mange polymerer strække og glide langs hinanden, hvilket forhindrer lokal spændingskoncentration i ét område og gør materialet duktilt. [7] Men de fleste polymerer gennemgår en duktil-til-skør overgangstemperatur [8] under hvilken der ikke er nok termisk energi til lange kæder til at reagere på en så duktil måde, og fejl er meget mere sandsynligt. Tendensen til, at polymermaterialer bliver skøre ved lavere temperaturer, menes at være årsagen til Challenger-katastrofen , og bør tages meget alvorligt, især for de bløde robotter, der vil blive introduceret i medicin. Den duktile-til-skøre overgangstemperatur behøver ikke at være, hvad der kan betragtes som "kold" og er faktisk en egenskab ved selve materialet afhængigt af dets krystallinitet, slagstyrke, sidegruppestørrelse (i tilfælde af polymerer) og andre faktorer .