ニュース

Nov 26, 2023

柔らかいロボットがダメージを検出し、自ら修復します

I ricercatori hanno installato SHeaLDS, una guida luminosa autorigenerante per il rilevamento dinamico

研究者らは、SHeaLDS (動的センシング用の自己修復ライトガイド) を、フィードバック制御を備えた 4 本足のヒトデに似た柔らかいロボットに取り付けました。 研究者らが脚の1本に穴を開けた後、ロボットは損傷を検出し、切り傷を自己修復することができた。

ロボットが深海や遠い宇宙など、人間が到達できない遠隔環境に進出する場合、必要となるのは電力とそこに到達するための手段だけではありません。 彼らも自分自身の世話をする必要があります。

この目的を達成するために、コーネル大学機械航空宇宙工学准教授のロブ・シェパード率いるチームは、光学センサーと複合材料を組み合わせて、いつどこで損傷したかを検出し、自動的に修復できるソフトロボットを作成しました。スポット。

彼らの論文「損傷インテリジェントソフトボディシステムのための自律的自己修復光学センサー」は、12月7日にScience Advancesに掲載された。 筆頭著者は博士課程の学生、Hedan Bai 氏です。

「私たちの研究室は、ロボットをより耐久性と機敏性を高め、より多くの機能でより長く動作できるように常に努めています」とシェパード氏は語った。 「問題は、ロボットを長時間稼働させるとダメージが蓄積するということです。では、どうすればロボットにそのダメージを修復したり、対処させたりできるでしょうか?」

このような修復を行うための最初のステップは、ロボットが実際に修復する必要があるものがあることを識別できる必要があることです。

シェパードのオーガニック ロボティクス ラボでは、長年にわたり、伸縮可能な光ファイバー センサーを使用して、皮膚からウェアラブル技術に至るまで、ソフト ロボットおよび関連コンポーネントを可能な限り機敏で実用的なものにしてきました。

光ファイバーセンサーでは、LED からの光が光導波路を通って送信され、フォトダイオードがビームの強度の変化を検出して、材料がいつ変形しているかを判断します。 この技術の長所の 1 つは、導波路に穴が開いたり切断されたりした場合でも、光を伝播できることです。

研究者らは、迅速な治癒のために水素結合を組み込み、強度のためにジスルフィド交換を組み込んだポリウレタン尿素エラストマーとセンサーを組み合わせました。

結果として得られる SHeaLDS (ダイナミック センシング用の自己修復ライト ガイド) は、信頼性の高いダイナミック センシングを提供し、損傷に強く、外部介入なしで室温で切り傷を自己修復できます。

この技術を実証するために、研究者らはフィードバック制御を備えた四本足のヒトデに似た柔らかいロボットにSHeaLDSを取り付けた。 研究者らが脚の1本に合計6回の穴を開けた後、ロボットは損傷を検出し、それぞれの傷を約1分で自己修復することができた。 ロボットは、感知したダメージに基づいて歩行を自律的に適応させることもできる。

素材は丈夫ですが、壊れないわけではありません。

「それらは人間の肉と同様の性質を持っています」とシェパード氏は言う。 「火傷や、酸や熱を伴うものからは、化学的特性が変化するため、うまく治癒しません。しかし、切り傷からは十分に治癒することができます。」

シェパード氏は、SHeaLDSを触覚イベントを認識する機械学習アルゴリズムと統合し、最終的には「自己修復する皮膚を持ち、同じ皮膚を使って環境を感じ、より多くのタスクを実行できる非常に耐久性の高いロボット」を作成する計画だ。

博士課程の学生、ヨンソン・キム氏が論文の共著者となった。

この研究は、空軍科学研究局、NASA の革新的および先進的概念プログラム、および米国科学財団 EFRI プログラムによって支援されました。

研究者らは、NSF が支援する国家ナノテクノロジー調整インフラストラクチャーのメンバーであるコーネル ナノスケール施設を利用しました。 NSF の MRSEC プログラムによって支援されているコーネル材料研究センター。 コーネルエネルギーシステム研究所。

コーネル大学のニュースをあなたの受信箱に直接届けましょう。