Viscosidade permite movimentos complexos para robôs macios

Nov 20, 2023

André Corselli

Uma equipe de pesquisadores da Cornell, liderada pela professora assistente Kirstin Petersen, projetou um sistema novo e simples de atuadores acionados por fluidos que permitem que os robôs macios realizem movimentos mais complexos. A equipe fez isso aproveitando exatamente o que antes impedia o movimento de tais robôs – a viscosidade.

O laboratório vinha explorando maneiras de pegar as capacidades e comportamentos cognitivos de um robô e transferi-los do “cérebro” para o corpo – por meio de seus reflexos mecânicos e capacidade de alavancar seu ambiente. Ao reduzir a necessidade de computação explícita, o robô pode se tornar mais simples, mais robusto e mais barato de fabricar.

"Os robôs macios têm uma estrutura muito simples, mas podem ter uma funcionalidade muito mais flexível do que seus primos rígidos", disse Petersen. "Eles são uma espécie de robô inteligente incorporado definitivo. A maioria dos robôs macios hoje em dia são acionados por fluidos. No passado, as pessoas analisaram como poderíamos obter um retorno extra por nossos investimentos incorporando funcionalidade ao material do robô, como o elastômero . Em vez disso, nos perguntamos como poderíamos fazer mais com menos, utilizando como o fluido interage com esse material."

Tradicionalmente, o atuador acionado por fluido de um robô macio funciona quando o fluido pressurizado uniformemente flui através de uma bexiga de elastômero ou fole. O principal ponto de discórdia é se o fluxo interno do atuador for viscoso, a pressão equalizar de forma diferente, fazendo com que o movimento do atuador se torne lento e o robô desacelere.

A equipe de Petersen partiu de um modelo semelhante, exceto que conectou uma série de foles de elastômero com tubos finos, executados em um par de colunas paralelas, tudo em um sistema fechado. Este método permite movimentos antagônicos. Os minúsculos tubos induzem viscosidade, o que leva a uma pressão uniformemente distribuída, dobrando o atuador em diferentes contorções e padrões de movimento. Isso normalmente seria um problema, mas a equipe transformou isso em uma vantagem.

O principal autor, Yoav Matia, desenvolveu um modelo descritivo completo que pode prever os possíveis movimentos do atuador, bem como antecipar como diferentes pressões de entrada, geometrias e configurações de tubo e fole os atingem - tudo com uma única entrada de fluido.

"O papel dos materiais estruturais inertes de hoje será muito diferente em nossas futuras máquinas", disse Matia. "Reside na incorporação de agência e computação em materiais - orgânicos para o material, o processo de fabricação e o fenômeno físico que governa o sistema - permitindo que eles atuem independentemente por meio de mecanismos físicos e arquitetura interna. Este trabalho representa uma nova estrutura escalável para manifestar o controle do material pelo material, onde a matéria estrutural inerte age por conta própria."

Para demonstrar a tecnologia, a equipe construiu um robô macio de seis pernas com duas bombas de seringa na parte superior, que se agacha e caminha a 0,05 comprimentos do corpo por segundo.

Automatizando o Design de Robôs Macios

Ferramenta ajuda a projetar robôs macios que podem dobrar e torcer

"Detalhamos todo o conjunto de métodos pelos quais você pode projetar esses atuadores para aplicações futuras", disse Petersen. “Por exemplo, quando os atuadores são usados ​​como pernas, mostramos que apenas cruzando um conjunto de tubos, você pode passar de uma marcha de avestruz, que tem uma postura realmente ampla, para um trote de elefante”.

“Este é basicamente um novo subcampo da robótica leve”, acrescentou ela. "Explorar esse espaço será superinteressante."

Aqui está uma entrevista da Tech Briefs com Petersen, editada para maior clareza e duração.

Resumos técnicos: O que inspirou o uso da viscosidade?

Petersen: Os robôs de software são esse novo tipo de robô que são realmente vantajosos para aplicações específicas, onde graus infinitos de liberdade são úteis - a capacidade de se mover de maneiras infinitas e a capacidade de se mover com segurança em torno de objetos e a capacidade de ser compatível em termos de perturbações externas e coisas assim.