Designwettbewerb „Create the Future“ 2021:Sieger in der Kategorie „Fertigung/Robotik/Automatisierung“ – elektronikfreier weichlaufender Roboter

Dylan Drotman University of California, San Diego

Gewinner einer HP Workstation

Dieser vierbeinige weiche Roboter benötigt keine Elektronik, um zu funktionieren – nur eine konstante Druckluftquelle für alle seine Funktionen, einschließlich seiner Steuerungen und Fortbewegungssysteme. Zu den Anwendungen gehören Roboter, die in Umgebungen eingesetzt werden können, in denen die Elektronik nicht funktionieren kann, wie z. B. MRT-Geräte oder Minenschächte. Weiche Roboter sind von besonderem Interesse, da sie sich leicht an ihre Umgebung anpassen und sicher in der Nähe von Menschen operieren.

Die meisten Softroboter werden mit Druckluft betrieben und von elektronischen Schaltkreisen gesteuert; Dieser Ansatz erfordert jedoch komplexe Komponenten wie Leiterplatten, Ventile und Pumpen, die sich oft außerhalb des Roboterkörpers befinden. Im Gegensatz dazu wird der neue Roboter von einem leichten, kostengünstigen System pneumatischer Kreisläufe gesteuert, das aus Schläuchen und weichen Ventilen an Bord des Roboters selbst besteht. Der Roboter kann auf Befehl oder als Reaktion auf Signale aus der Umgebung gehen.

Die Rechenleistung des Roboters ahmt grob die Reflexe von Säugetieren nach, die von einer neuronalen Reaktion der Wirbelsäule und nicht des Gehirns angetrieben werden. Um diese Reflexe nachzuahmen, wurde ein Ventilsystem geschaffen, das als eine Gruppe von Oszillatoren fungiert und die Reihenfolge steuert, in der Druckluft in die luftbetriebenen Muskeln in den vier Gliedmaßen des Roboters eintritt. Eine Komponente koordiniert den Gang des Roboters, indem sie das Einblasen von Luft in die Beine des Roboters verzögert.

Der Roboter ist auch mit einfachen mechanischen Sensoren ausgestattet – kleine, mit Flüssigkeit gefüllte, weiche Blasen, die am Ende von Auslegern platziert sind, die aus dem Körper des Roboters herausragen. Wenn die Blasen niedergedrückt werden, dreht die Flüssigkeit ein Ventil im Roboter um, das bewirkt, dass er die Richtung umkehrt. Der Roboter ist mit drei Ventilen ausgestattet, die als Inverter fungieren, die bewirken, dass sich ein Hochdruckzustand mit einer Verzögerung an jedem Inverter im druckluftbetriebenen Kreislauf ausbreitet.

Jedes der vier Beine des Roboters hat drei Freiheitsgrade, die von drei Muskeln angetrieben werden. Die Beine sind um 45 Grad nach unten abgewinkelt und bestehen aus drei parallelen, verbundenen, pneumatischen zylindrischen Kammern mit Faltenbälgen. Wenn eine Kammer unter Druck gesetzt wird, biegt sich das Glied in die entgegengesetzte Richtung. Infolgedessen bieten die drei Kammern jedes Gliedes die zum Gehen erforderliche mehrachsige Biegung.

In Zukunft soll der Roboter so verbessert werden, dass er auf natürlichem Gelände und unebenen Oberflächen läuft und so über eine Vielzahl von Hindernissen navigieren kann. Dies würde ein ausgeklügelteres Netzwerk von Sensoren und folglich ein komplexeres pneumatisches System erfordern.

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Lesen Sie ein exklusives Web-Interview mit dem Forscher Dylan Drotman.

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LOHNENDE ERWÄHNUNGEN

Das Anker-Projekt

Southern Taiwan University of Science and Technology, Taiwan

Eine Armprothese namens AI Armature nutzt künstliche Intelligenz und Computer Vision über Smart Glasses. Ein Gestensteuerungssystem reduziert den Kraftaufwand, den Amputierte der oberen Extremitäten benötigen, um ihre Handprothese zu betätigen.

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Kosmische Skala

Alexandre Junqueira und Erick Mascagni Ferdinando, Konker Labs, Sao Paulo, Brasilien

Cosmic Scale verwendet kosmische Myonen-Dämpfungsdaten, um kontinuierliche 3D-Informationen über große Strukturen zu generieren. Da Myonen überall auf der Erde frei verfügbar sind, kann dies praktisch überall durchgeführt werden.

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Mo-Rollstuhlkombination

Vasilatos Ianis, Oradea, Rumänien

Der Mo-Rollstuhl ist eine leichte Lösung, die die Fähigkeit einer Person erhöht, ihren Stuhl über nasse, schlammige oder raue Oberflächen zu bringen, ohne die physische Umgebung oder die Person, die den Stuhl verwendet, übermäßig zu belasten. Es kann zerlegt oder schnell auf eine Größe gefaltet werden, die klein genug für den Transport ist.

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Lösungsmittelfreie Silikontrennbeschichtung SLY-OFF™ SL 184

Na Li, Zhenbin Niu, Pierre Chevalier, Thomas Davidian, Alex Knott, Nathalie Gerard, Alexandros Manikis, Alberto Petrosino, Brennan Macmillan, Celine Vlemincq und Xiaoyun Chen, Dow Chemical Co., Midland, MI

Dies ist ein Antibeschlag-Additiv und eine Beschichtungsformulierung mit einer Nebelerzeugung, die 28-mal niedriger ist als die industrielle Nebelkonzentrationsschwelle für Beschichtungs- und Etikettieranwendungen mit hoher Geschwindigkeit.

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Sehen Sie sich die restlichen diesjährigen Gewinner an:

• GEWINNER DES HAUPTPREISES
• LUFTFAHRT &VERTEIDIGUNG
• AUTOMATIK/TRANSPORT
• VERBRAUCHERPRODUKTDESIGN
• ELEKTRONIK/SENSOREN/IOT
• MEDIZIN
• NACHHALTIGE TECHNOLOGIEN/ENERGIE DER ZUKUNFT