Cornell-forskare har upptäckt hur man driver enkla robotar med ett nytt ämne som vid uppvärmning, kan expandera mer än 10 gånger i storlek, ändra dess viskositet med en faktor 10 och övergå från regelbundna till mycket oregelbundna granuler med överraskande kraft.

Du kan också äta den med lite smör och salt.

"Popcorn-drivna robotaktuatorer, " en nyligen publicerad artikel medförfattare av doktoranden Steven Ceron, maskinteknik, och Kirstin H. Petersen, biträdande professor i el- och datateknik, undersöker hur popcorns unika egenskaper kan driva billiga robotenheter som greppar, expandera eller ändra styvheten.

"Målet med vårt labb är att försöka göra väldigt minimalistiska robotar som, när de distribueras i stort antal, kan fortfarande åstadkomma stora saker, sa Petersen, som driver Cornells Collective Embodied Intelligence Lab. "Enkla robotar är billiga och mindre benägna att misslyckas och slitas, så vi kan ha många som arbetar autonomt under lång tid. Så vi letar alltid efter nya och innovativa idéer som gör att vi kan ha fler funktioner för mindre, och popcorn är en av dessa."

Studien är den första som överväger att driva robotar med popcorn, vilket är billigt, lättillgänglig, biologiskt nedbrytbar och naturligtvis ätlig. Eftersom kärnor kan expandera snabbt, utövar kraft och rörelse vid upphettning, de skulle potentiellt kunna driva hoppande miniatyrrobotar. Ätbara apparater kan intas för medicinska ingrepp. Blandningen av hårda, opoppade granulat och lättare poppad majs kan ersätta vätskor i mjuka robotar utan behov av luftpumpar eller kompressorer.

"Pumpar och kompressorer tenderar att vara dyrare, och de tillför mycket vikt och kostnader för din robot, sade Ceron, tidningens huvudförfattare. "Med popcorn, i några av demonstrationerna som vi visade, du behöver bara lägga på spänning för att få kärnorna att poppa, så det skulle ta alla skrymmande och dyra delar ur robotarna."

Eftersom kärnor inte kan krympa när de väl har spruckit, en popcorndriven mekanism kan i allmänhet endast användas en gång, även om flera användningsområden är tänkbara eftersom poppade kärnor kan lösas upp i vatten, sa Ceron.

Forskarna experimenterade med Amish Country Extra Small popcorn, som de valde eftersom varumärket inte använde tillsatser. Den extra lilla sorten hade det högsta expansionsförhållandet av dem de testade.

Efter att ha studerat popcorns egenskaper med olika typer av uppvärmning, forskarna konstruerade tre enkla robotaktuatorer – enheter som används för att utföra en funktion.

För ett störande ställdon, 36 popcornkärnor uppvärmda med nikromtråd användes för att förstyva en flexibel silikonbalk. För ett elastomermanöverdon, de konstruerade en trefingrad mjuk gripare, vars silikonfingrar var fyllda med popcorn uppvärmda med nikromtråd. När kärnorna poppade, expansionen utövade tryck mot fingrarnas yttre väggar, får dem att krulla. För ett origami-ställdon, de vek återvunna Newman's Own ekologiska popcornpåsar till origami bälgveck, fyllde dem med kärnor och mikrovågsugna dem. Utvidgningen av kärnorna var tillräckligt stark för att bära vikten av en nio pund kettlebell.

Uppsatsen presenterades vid IEEE International Conference on Robotics and Automation i maj och skrevs tillsammans med Aleena Kurumunda '19, Eashan Garg '20, Mira Kim '20 och Tosin Yeku '20. Petersen sa att hon hoppas att det inspirerar forskare att utforska möjligheterna med andra otraditionella material.

"Robotik är riktigt bra på att ta till sig nya idéer, och vi kan vara superkreativa om vad vi använder för att skapa multifunktionella egenskaper, ", sa hon. "I slutändan kommer vi fram till mycket enkla lösningar på ganska komplexa problem. Vi behöver inte alltid leta efter högteknologiska lösningar. Ibland finns svaret precis framför oss."

Arbetet stöddes av Cornell Engineering Learning Initiative, Cornell Electrical and Computer Engineering Early Career Award och Cornell Sloan Fellowship.