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该技术使用磁铁,灯光来控制和重新配置软机器人

2020-01-21 14:17:47    来源:    我来说两句()
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 北卡罗莱纳州立大学和埃隆大学的研究人员开发了一种技术,可以远程控制软机器人的运动,在需要时将其锁定在适当的位置,然后将其重新配置为新的形状。该技术依赖于光和磁场。

“我们对可重构性感到特别兴奋,” NC State大学材料科学与工程学教授,该论文的通讯作者乔·特雷西(Joe Tracy)说。“通过设计材料的属性,我们可以远程控制软机器人的运动;我们可以使它保持给定的形状;然后我们可以将机器人恢复为原始形状或进一步修改其运动;然后我们可以重复进行此操作就该技术在生物医学或航空航天应用中的实用性而言,所有这些东西都是有价值的。”

对于这项工作,研究人员使用了由嵌入了磁性铁微粒的聚合物制成的软机器人。在正常条件下,材料相对较硬并保持其形状。但是,研究人员可以使用来自发光二极管(LED)的光加热材料,从而使聚合物柔韧性好。一旦变得柔韧,研究人员证明他们可以通过施加磁场来远程控制机器人的形状。形成所需形状后,研究人员可以去除LED灯,使机器人恢复其原始刚度-有效地将形状锁定在适当的位置。

通过第二次施加光并消除磁场,研究人员可以使软机器人恢复其原始形状。或者,他们可以再次施加光线并操纵磁场来移动机器人或让它们呈现新的形状。

在实验测试中,研究人员证明,可以使用软机器人来形成“抓斗”来举升和运输物体。软机器人也可以用作悬臂,也可以折叠成花瓣向不同方向弯曲的“花”。

该论文的第一作者,博士学位的杰西卡·刘(Jessica Liu)说:“我们不仅限于二进制配置,例如打开或关闭一个采集卡。” 北卡罗来纳州立大学学生。“我们可以控制灯光,以确保机器人在任何时候都能保持其形状。”

此外,研究人员开发了可用于简化软机器人设计过程的计算模型。该模型允许他们在构造完成特定任务的原型之前,微调机器人的形状,聚合物厚度,聚合物中铁微粒的丰度以及所需磁场的大小和方向。

“接下来的步骤包括针对不同应用优化聚合物,” Tracy说。“例如,可以在不同温度下响应的工程聚合物,以满足特定应用的需求。”

论文“用于软机器人的聚合物复合材料的光热和磁控制重构”发表在《科学进展》杂志上。该论文的第一作者是Jessica Liu,博士。北卡罗来纳州立大学学生。该论文是由NC State的前本科生Jonathan Gillen合着的。Sumeet Mishra,前博士学位 北卡罗来纳州立大学学生;和埃隆大学物理学副教授本杰明·埃文斯(Benjamin Evans)。

该工作是在美国国家科学基金会(NSF)的资助下完成的,该项目的经费为CMMI-1663416和CMMI-1662641。该研究也得到了由美国国家科学基金会(NSF)资助,由DMR-1121107资助的Research Triangle MRSEC的支持;并由北卡罗来纳州和NSF授予ECCS-1542015支持的NC State的分析仪器设施和杜克大学共享材料仪器设施。


 
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