Gewinner 2021 Create the Future Design Contest: Elektronikfreier weicher Laufroboter führt Manufacturing/Robotics/Automation Kategorie an

Dylan Drotman, University of California, San Diego

Gewinner eines HP Workstations

Dieser vierbeinige weiche Roboter benötigt keine Elektronik, um zu funktionieren – nur eine konstante Druckluftquelle für all seine Funktionen einschließlich Steuerung und Lokomotion. Anwendungen umfassen Roboter, die in Umgebungen operieren können, in denen Elektronik nicht funktioniert, wie MRT-Geräte oder Bergwerksschächte. Weiche Roboter sind von besonderem Interesse, weil sie sich leicht an ihre Umgebung anpassen und sicher in der Nähe von Menschen operieren.

Pneumatische Steuerung statt Elektronik

Die meisten weichen Roboter werden durch Druckluft angetrieben und durch elektronische Schaltungen gesteuert; dieser Ansatz erfordert jedoch komplexe Komponenten wie Leiterplatten, Ventile und Pumpen, oft außerhalb des Roboterkörpers. Im Gegensatz dazu wird der neue Roboter durch ein leichtes, kostengünstiges System pneumatischer Schaltungen gesteuert, bestehend aus Schläuchen und weichen Ventilen an Bord des Roboters selbst. Der Roboter kann auf Befehl oder in Reaktion auf Umweltsignale laufen.

Nachahmung von Säugetierreflexen

Die rechnerische Leistung des Roboters ahmt grob Säugetierreflexe nach, die durch eine neuronale Antwort vom Rückenmark und nicht vom Gehirn gesteuert werden. Um diese Reflexe nachzuahmen, wurde ein Ventilsystem geschaffen, das als Gruppe von Oszillatoren fungiert und die Reihenfolge steuert, in der Druckluft in die luftbetriebenen Muskeln der vier Gliedmaßen des Roboters eintritt. Eine Komponente koordiniert den Gang des Roboters, indem sie die Injektion von Luft in die Beine verzögert.

Der Roboter ist auch mit einfachen mechanischen Sensoren ausgestattet – kleine weiche, mit Flüssigkeit gefüllte Blasen an den Enden von Auslegern, die aus dem Roboterkörper ragen. Wenn die Blasen gedrückt werden, kippt die Flüssigkeit ein Ventil im Roboter, das eine Richtungsänderung bewirkt. Der Roboter ist mit drei Ventilen als Inverter ausgestattet, die einen Hochdruckzustand im luftbetriebenen Schaltkreis verbreiten, mit einer Verzögerung an jedem Inverter.

Jedes der vier Beine des Roboters hat drei Freiheitsgrade, angetrieben von drei Muskeln. Die Beine sind nach unten auf 45 Grad angewinkelt und bestehen aus drei parallelen, verbundenen, pneumatischen Zylindern mit Balgen. Wenn eine Kammer unter Druck gesetzt wird, biegt sich das Glied in die entgegengesetzte Richtung. Als Resultat liefern die drei Kammern jedes Glieds die für das Gehen erforderliche Mehrfachachsen-Biegung.

In Zukunft würde der Roboter verbessert, um auf natürlichem Gelände und unebenen Oberflächen zu laufen, was ihm erlauben würde, über eine Vielzahl von Hindernissen zu navigieren. Dies würde ein raffinierteres Sensornetzwerk und damit ein komplexeres pneumatisches System erfordern.

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

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HONORABLE MENTIONS

The Armature Project

Southern Taiwan University of Science and Technology, Taiwan

Eine Prothesenarm namens AI Armature nutzt künstliche Intelligenz und Computer Vision via Smart Glasses. Ein Gestensteuerungssystem reduziert den Aufwand, den Oberarmamputierte benötigen, um ihre Prothesenhand zu betätigen.

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Cosmic Scale

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

Cosmic Scale nutzt kosmische Myonendämpfungsdaten, 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 Wheelchair Combination

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 bewegen, ohne übermäßige Belastung für die physische Umwelt oder die nutzende Person. Er kann schnell zerlegt oder auf eine transportable Größe gefaltet werden.

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Solventless Silicone Release SLY-OFF™ SL 184 Coating

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 Anti-Mist-Additiv und Beschichtungsformulierung mit einer Nebenerzeugung, die 28-mal niedriger ist als der industrielle Nebenschwellenwert für Hochgeschwindigkeits-Freigabebeschichtung und Etikettieranwendungen.

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Sehen Sie den Rest der diesjährigen Gewinner:

• GRAND PRIZE WINNER
• AEROSPACE & DEFENSE
• AUTOMOTIVE/TRANSPORTATION
• CONSUMER PRODUCT DESIGN
• ELECTRONICS/SENSORS/IOT
• MEDICAL
• SUSTAINABLE TECHNOLOGIES/FUTURE ENERGY