研究人员使用磁场来控制软机器人

威斯康辛大学的研究人员开发了一种方法,利用磁场远程诱导软复合材料将其内部结构重新排列成各种新的模式。

通过亚当Malecek 2020年4月16日

软材料,如橡胶或聚合物,可以承受其形状的剧烈变化,在灵活性和变形能力至关重要的应用领域很有前景。

例如,这些材料可以用来制造适合于特殊任务的软体机器人,从可以在体内导航的医疗设备到可以通过小开口的搜索和救援任务机器人。

但是,为了给软机器人的运动或变形提供动力,研究人员通常使用需要与机器人物理连接的执行器,这限制了它的实用性。

“这些驱动器通常比机器人本身大得多,”斯蒂芬·鲁狄克(Stephan Rudykh)说机械工程威斯康辛大学麦迪逊分校。“例如,你可能有一个巨大的压缩空气罐,通过电缆连接到机器人上,用于给软材料充气,为机器人提供动力。”

现在,由Rudykh领导的一个团队设计了一种方法来切断这条线。研究人员开发了一种方法,利用磁场远程诱导软复合材料将其内部结构重新排列成各种新的模式。

Rudykh说:“我们展示了在一个相对简单的系统中,我们可以得到由磁场水平控制的非常广泛的不同模式,包括仅通过施加机械负载不可能实现的模式。”“这一进步可以使我们设计出性能和功能更强的新型软材料。”

以这种方式调整材料精细的内部结构或微观结构的能力是关键,因为它允许研究人员调整材料的物理性质,甚至可以根据需要开关不同的性质。

Rudykh说,由于利用磁场消除了直接接触或讨厌的电缆的需要,新的软材料可以用于医疗植入物等应用。

该团队与美国空军研究实验室(Wright-Patterson AFB)的研究人员合作,使用软弹性材料演示和分析了新形成的图案。在柔软的材料内部,研究小组以简单的周期模式嵌入了坚硬的可磁化材料的小颗粒。

然后,研究人员对这种材料施加不同程度的磁场,这使得磁化粒子重新排列,并在柔软的材料中产生力和应力。

Rudykh说,从重新排列的粒子中出现的新模式从高度有组织和重复的模式到独特的模式,这些模式似乎有大规模的秩序,但在局部水平上是混乱的。

“值得注意的是,我们可以调整磁场来产生所需的图案,并切换材料的特性,”Rudykh说。“我很高兴能在更复杂的材料系统中进一步探索这一现象。”

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑,控制工程, CFE媒体与技术,cvavra@cfemedia.com.查看更多控制工程机器人的故事


作者简介:威斯康星大学麦迪逊分校的Adam Malecek