I en värld av robotik, mjuka robotar är de nya barnen på blocket. De unika egenskaperna hos dessa automater är att böja, deformera, sträcka, vrida eller klämma på alla sätt som konventionella stela robotar inte kan.

I dag, det är lätt att föreställa sig en värld där människor och robotar samarbetar – i omedelbar närhet – i många världar. Framväxande mjuka robotar kan hjälpa till att säkerställa att detta kan göras säkert, och på ett sätt som synkroniserar med mänskliga miljöer eller till och med gränssnitt med människorna själva.

"Några av fördelarna med mjuka robotsystem är att de enkelt kan anpassa sig till ostrukturerade miljöer, eller till oregelbundna eller mjuka ytor, som människokroppen, " sa UC Santa Barbara, professor i elektro- och datateknik Yon Visell.

Trots deras löfte, hittills, de flesta mjuka robotar rör sig långsamt och klumpigt jämfört med många konventionella robotar. Dock, gapet minskar tack vare nya utvecklingar inom den grundläggande enheten för robotrörelse:ställdonet. Ansvarig för mekanisk rörelse av en mekanism eller en maskin, ställdon gör sitt arbete på olika sätt, förlitar sig på elektromagnetiska, piezoelektrisk, pneumatiska eller andra krafter.

Nu, Visell och hans UCSB-medarbetare har gift sig med de elektromagnetiska enheterna som används i de flesta konventionella robotsystem med mjuka material, för att uppnå både hastighet och mjukhet. "En intressant biologisk analog till ställdonet som beskrivs i vårt nya arbete kan vara en snabb ryckmuskel, sa Visell, som tillsammans med UCSB kemi- och biokemiprofessor Thuc-Quyen Nguyen, och postdoktorer Thanh Nho Do och Hung Phan, skrev artikeln "Soft Electromagnetic Actuators for Robotic Applications." Artikeln finns på tidningens omslag Avancerade funktionella material .

Den största utmaningen för Visell och kollegor var att bygga ett ställdon som kunde uppnå högre hastigheter än vad som vanligtvis har varit möjligt med mjuka robotaktuatorer, många av dem är beroende av långsamma processer, såsom luftflöde eller termiska effekter.

"I detta projekt, vi ville se hur långt vi kunde driva idén om att ha väldigt snabbt, lågspänningsaktivering inom ett helt mjukt robotparadigm, " sa han. De baserade sitt arbete på den elektromagnetiska motorn, en vanlig typ av snabb- och lågspänningsställdon som används i allt från elbilar till vitvaror, men har sett lite effektiv tillämpning i mjuka robotsystem.

Teamets arbete har resulterat i en typ av ställdon som är snabb, låg spänning och mjuk – och även anmärkningsvärt liten, bara några millimeter i storlek. Använda unika, ledare av flytande metallegering inneslutna i ihåliga polymerfibrer och magnetiserade polymerkompositer, forskarna skapade mönstrade, tredimensionella komponenter som utgör grunden för mjuka analoger av vanliga elektriska motorer. Fibrerna i sig är polymerkompositer som teamet konstruerat för att ha hög värmeledningsförmåga, förbättrar deras prestanda kraftigt.

"Vi insåg komponenter som var och en är mjuk och töjbar, och kombinerade dem för att skapa dessa motorliknande strukturer som kan flytta saker, " sa Visell. För att demonstrera, de skapade en liten, millimeter bred gripare som kan stängas på bara millisekunder, och en mjuk taktil stimulator som kan arbeta med frekvenser på hundratals cykler per sekund.

Dessa enheter kan användas i framväxande områden som haptik, där beröringsfeedback söks för applikationer inklusive virtuell verklighet och, naturligtvis haptics nära släkting — mjuk robotik. "Dessa mjuka elektromagnetiska ställdon kan användas för att skapa taktila displayer som anpassar sig till mänsklig hud, eller miniatyrrobotverktyg för kirurgisk endoskopi eller andra medicinska tillämpningar, " sa postdoc Thanh Nho Do.

"Vi ser fram emot att tillämpa dessa nya mjuka robotteknologier inom områden som sträcker sig från virtuell verklighet, förstärkt verklighet, bärbar teknologi, sjukvård och medicin, sa Visell. Horisonten är vidöppen.