Framsteg inom mjuk robotik skulle en dag kunna tillåta robotar att arbeta tillsammans med människor, hjälpa dem att lyfta tunga föremål eller bära dem ur fara. Som ett steg mot den framtiden, Stanford University forskare har utvecklat en ny sorts mjuk robot som, genom att låna funktioner från traditionell robotik, är säker och samtidigt behåller förmågan att röra sig och ändra form.

"En betydande begränsning för de flesta mjuka robotar är att de måste fästas på en skrymmande luftkompressor eller kopplas in i en vägg, som hindrar dem från att röra sig, sa Nathan Usevitch, en doktorand i maskinteknik vid Stanford. "Så, vi undrade:Tänk om vi höll samma mängd luft i roboten hela tiden?"

Från den utgångspunkten, forskarna slutade med en mjuk robot i mänsklig skala som kan ändra form, så att den kan ta tag i och hantera föremål och rulla i kontrollerbara riktningar. Deras uppfinning beskrivs i en tidning publicerad 18 mars i Vetenskapsrobotik .

"Den tillfälliga beskrivningen av den här roboten som jag ger till människor är Baymax från filmen Big Hero 6 blandat med Transformers. Med andra ord, en mjuk, människosäker robot blandad med robotar som dramatiskt kan ändra form, sa Usevitch.

En kombination av många robotar

Den enklaste versionen av denna squishy robot är ett uppblåst rör som går genom tre små maskiner som klämmer ihop det till en triangelform. En maskin håller ihop de två ändarna av röret; de andra två kör längs röret, ändra robotens övergripande form genom att flytta dess hörn. Forskarna kallar det en "isoperimetrisk robot" eftersom, även om formen förändras dramatiskt, den totala längden på kanterna – och mängden luft inuti – förblir densamma.

Den isoperimetriska roboten är en ättling av tre typer av robotar:mjuka robotar, trussrobotar och kollektiva robotar. Mjuka robotar är lätta och kompatibla, trussrobotar har geometriska former som kan ändra form och kollektiva robotar är små robotar som arbetar tillsammans, vilket gör dem särskilt starka inför misslyckanden i en del.

"Vi manipulerar i princip en mjuk struktur med traditionella motorer, sa Sean Follmer, biträdande professor i maskinteknik och medförfattare till uppsatsen. "Det skapar en riktigt intressant klass av robotar som kombinerar många av fördelarna med mjuka robotar med all kunskap vi har om mer klassiska robotar."

För att göra en mer komplex version av roboten, forskarna sätter helt enkelt ihop flera trianglar. Genom att samordna de olika motorernas rörelser, de kan få roboten att utföra olika beteenden, som att plocka upp en boll genom att uppsluka den på tre sidor eller ändra robotens massacentrum för att få den att rulla.

"En viktig förståelse vi utvecklade var att skapa rörelse med en stor, mjuk pneumatisk robot, du behöver faktiskt inte pumpa in och ut luft, "sa Elliot Hawkes, biträdande professor i maskinteknik vid University of California, Santa Barbara och co-senior författare av tidningen. "Du kan använda luften du redan har och bara flytta runt den med dessa enkla motorer; den här metoden är effektivare och låter vår robot röra sig mycket snabbare."

Från yttre rymden till ditt vardagsrum

Fältet mjuk robotik är relativt ung, vilket innebär att människor fortfarande räknar ut de bästa applikationerna för dessa nya skapelser. Deras säkra men robusta mjukhet kan göra dem användbara i hem och på arbetsplatser, där traditionella robotar kan orsaka skador. Squishy -robotar är också tilltalande som verktyg för katastrofhantering.

Andra spännande möjligheter för den isoperimetriska roboten kan ligga utanför planeten. "Den här roboten kan vara väldigt användbar för utforskning av rymden - särskilt eftersom den kan transporteras i ett litet paket och sedan fungerar obundet efter att den blåsts upp, sa Zachary Hammond, en doktorand i maskinteknik vid Stanford och medförfattare till tidningen, med Usevitch. "På en annan planet, den kan använda sin formförändrande förmåga för att korsa komplicerade miljöer, klämmer sig genom trånga utrymmen och sprider sig över hinder."

Tills vidare, forskarna experimenterar med olika former för sin smidiga robot och överväger att putta den i vatten för att se om den kan simma. De utforskar också ännu fler nya mjuka robottyper, var och en med sina egna egenskaper och fördelar.

"Denna forskning belyser kraften i att tänka på hur man designar och bygger robotar på nya sätt, " sa Allison Okamura, professor i maskinteknik och medförfattare till tidningen. "Kreativiteten hos robotdesign expanderar med den här typen av system och det är något vi verkligen skulle vilja uppmuntra inom robotteknikområdet."