Även bläckfiskar förstår vikten av armbågar. När dessa gnisslar, löshindade bläckfiskar måste göra en exakt rörelse-som att styra mat i munnen-musklerna i deras tentakler drar ihop sig för att skapa en tillfällig roterande led. Dessa leder begränsar armens wobbliness, möjliggör mer kontrollerade rörelser.

Nu, forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering har visat hur en flerskiktad struktur kan tillåta robotar att efterlikna bläckfiskens kinematik, skapa och eliminera leder på kommando. Strukturen kan också tillåta robotar att snabbt ändra sin styvhet, dämpning, och dynamik.

Forskningen publicerades i två artiklar i Avancerade funktionella material och IEEE Robotics and Automation Letters .

"Denna forskning hjälper till att överbrygga klyftan mellan mjuk robotik och traditionell styv robotik, "sa Yashraj Narang, första författare till både studier och doktorand vid SEAS. "Vi tror att denna klass av teknik kan främja en ny generation av maskiner och strukturer som inte bara kan klassificeras som mjuka eller styva."

Strukturen är förvånansvärt enkel, bestående av flera lager av flexibelt material inslaget i ett plasthölje och anslutet till en vakuumkälla. Utan vakuum, strukturen beter sig precis som du kan förvänta dig, böjning, vrida och floppa utan att hålla formen. Men när ett vakuum appliceras, den blir stel och kan hålla godtyckliga former, och den kan formas till ytterligare former.

Denna övergång är resultatet av ett fenomen som kallas laminär störning, där applicering av tryck skapar friktion som starkt kopplar ihop en grupp flexibla material.

"Friktionskrafterna som genereras av trycket fungerar som lim, "sa Narang." Vi kan kontrollera styvheten, dämpning, kinematik, och dynamik i strukturen genom att ändra antalet lager, justera trycket som appliceras på det, och justera avståndet mellan flera staplar lager. "

Forskargruppen, som också inkluderade Robert Howe, Abbott och James Lawrence professor i teknik, Joost Vlassak, Abbott och James Lawrence professor i materialteknik, och Alperen Degirmenci, en doktorand i SEAS, modellerade i stor utsträckning det mekaniska beteendet för laminär störning för att bättre kontrollera dess kapacitet.

Nästa, de byggde verkliga enheter med hjälp av strukturerna, inklusive en tvåfingerad gripare som, utan vakuum, kunde linda runt och hålla fast vid stora föremål och, med vakuum, kunde nypa och hålla fast vid små föremål ungefär lika stora som en marmor.

Forskarna demonstrerade också strukturens kapacitet som stötdämpare genom att fästa dem på en drönare som landningsställ. Teamet ställde in konstruktionernas styvhet och dämpning för att absorbera landningens påverkan.

Strukturen är ett proof-of-concept som kan ha många tillämpningar i framtiden, från kirurgiska robotar till bärbara enheter och flexibla högtalare.

"Vårt arbete har förklarat fenomenet laminär störning och visat hur det kan ge robotar ett mycket mångsidigt mekaniskt beteende, "sa Howe, senior författare till tidningen. "Vi tror att denna teknik så småningom kommer att leda till robotar som kan ändra tillstånd mellan mjuk, kontinuerliga enheter som säkert kan interagera med människor, och stel, diskreta enheter som kan möta kraven för industriell automatisering. "