Aufgrund ihrer hervorragenden Flexibilität und Anpassungsfähigkeit werden weiche aufblasbare Roboter in vielen Anwendungen zum Licht der Zukunft. Die nahtlose Integration von Sensor- und Steuerungssystemen in diese Roboter war jedoch eine knifflige Herausforderung, da dies ohne Beeinträchtigung der Weichheit, des Formfaktors oder der Leistung des Roboters erfolgen musste.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Jiyun Kim (Abteilung für Neue Werkstofftechnik, UNIST) und Prof. Jonbum Bae (Abteilung für Maschinenbau, UNIST) hat auf diesem Gebiet einen großen Durchbruch erzielt, indem es erfolgreich eine innovative Lösung namens „Soft Valve“ entwickelt hat „Technologie, die die vollständige Integration von Sensoren und Regelventilen ermöglicht. Unter Beibehaltung der Weichheit des Roboters.
Traditionell musste der Körper eines Softroboters mit starren elektronischen Komponenten koexistieren, um Sensorfunktionen zu ermöglichen. Diese Herausforderung hat zur „Soft Valve“-Technologie geführt, einer integrierten Lösung, die Sensoren und Steuerventile miteinander verbindet, ohne die Weichheit des Roboters zu beeinträchtigen. Die Technologie nutzt Soft-Analog-Sensoren und Steuerventile, Komponenten, für deren Betrieb kein Strom erforderlich ist.
Diese röhrenförmigen Komponenten haben eine Doppelfunktion: Sie können äußere Reize erkennen und gleichzeitig mithilfe von Luftdruck die Bewegungen des Roboters präzise steuern.
Dieser Durchbruch bedeutet, dass Softroboter nicht mehr auf starre elektronische Komponenten zur Erfassung und Steuerung angewiesen sind. Herkömmliche Softroboter verfügen über flexible Körper, erfordern jedoch häufig harte elektronische Komponenten zur Reizerkennung und Antriebssteuerung. Das Aufkommen der Soft-Valve-Technologie hat diesen Robotern jedoch mehr Autonomie und Anpassungsfähigkeit verliehen.
Diese Forschung bringt auch vielfältige Anwendungsperspektiven mit sich. Das Forschungsteam hat eine Universalzange entwickelt, die in der Lage ist, zerbrechliche Gegenstände wie Kartoffelchips geschickt zu greifen und dabei die Möglichkeit übermäßiger Kraft zu vermeiden, die zum Bruch führen kann, wenn traditionell starre Roboter Gegenstände aufheben.
Darüber hinaus hat das Forschungsteam erfolgreich tragbare Roboter mit Ellenbogenunterstützung entwickelt, die die Belastung der Muskeln bei sich wiederholenden Aufgaben oder Arbeiten, die anstrengende Armaktivitäten erfordern, verringern sollen. Diese Ellbogenstützen passen sich automatisch dem Beugewinkel des Arms der Person an, reduzieren die Belastung um durchschnittlich 63 Prozent und machen das Tragen des Roboters komfortabler.
Das Kernprinzip der Soft-Ventil-Technologie besteht darin, den Luftstrom in der röhrenförmigen Struktur für den Betrieb zu nutzen. Wenn auf ein Ende des Rohrs Zug ausgeübt wird, wird es durch das Innengewinde komprimiert und dadurch der Ein- und Austritt von Gas gesteuert. Diese einzigartige Bewegung, ähnlich einer Ziehharmonika, ermöglicht präzise und flexible Roboterbewegungen, ohne dass Strom erforderlich ist.
Das Forschungsteam fand außerdem heraus, dass durch die Programmierung der Struktur oder Anzahl der Gewinde im Schlauch Änderungen im Luftstrom genau gesteuert werden konnten. Diese Programmierbarkeit ermöglicht es, den Roboter an unterschiedliche Situationen und Anforderungen anzupassen und gleichzeitig flexibel auf äußere Kräfte zu reagieren.
Professor Bae sagte: „Diese neu entwickelten Komponenten können einfach mit Materialien programmiert werden, ohne dass Elektronik erforderlich ist. Dieser Durchbruch wird die Weiterentwicklung verschiedener tragbarer Systeme erheblich vorantreiben.“
Diese bahnbrechende Soft-Ventil-Technologie stellt einen großen Schritt hin zur Ermöglichung des autonomen Betriebs von völlig weichen, elektronikfreien Robotern dar, ein wichtiger Meilenstein bei der Verbesserung der Sicherheit und Anpassungsfähigkeit in verschiedenen Branchen. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Zukunft der Soft-Robotik. Es wird erwartet, dass diese Technologie im Gesundheitswesen, in der Fertigung und in vielen anderen Bereichen eine Schlüsselrolle spielt und mehr Komfort und Innovation in unser Leben und Arbeiten bringt.