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Nov 26, 2023

Il robot morbido rileva i danni e si cura

Researchers installed SHeaLDS – self-healing light guides for dynamic sensing –

I ricercatori hanno installato SHeaLDS – guide luminose autorigeneranti per il rilevamento dinamico – in un robot morbido simile a una stella marina a quattro zampe e dotato di controllo del feedback. Dopo che i ricercatori gli hanno perforato una gamba, il robot è stato in grado di rilevare il danno e di autoriparare i tagli.

Se i robot si avventureranno in ambienti remoti che gli esseri umani non possono raggiungere, come le profondità sottomarine o lo spazio esterno, non avranno solo bisogno di energia e di un mezzo per arrivarci. Dovranno anche prendersi cura di se stessi.

A tal fine, un team guidato da Rob Shepherd, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale alla Cornell Engineering, ha combinato sensori ottici con un materiale composito per creare un robot morbido in grado di rilevare quando e dove è stato danneggiato e quindi guarirsi all'istante. macchiare.

Il loro articolo, "Sensori ottici autoguarigione autonomi per danni ai sistemi intelligenti a corpo morbido", è stato pubblicato il 7 dicembre su Science Advances. L'autore principale è il dottorando Hedan Bai.

"Il nostro laboratorio cerca sempre di rendere i robot più resistenti e agili, in modo che funzionino più a lungo con maggiori capacità", ha affermato Shepherd. "Il fatto è che, se si fanno funzionare i robot per un lungo periodo, accumuleranno danni. E quindi come possiamo consentire loro di riparare o affrontare quel danno?"

Il primo passo affinché avvenga una tale riparazione è che il robot deve essere in grado di identificare che c’è, in effetti, qualcosa che deve essere riparato.

Per anni, lo Shepherd's Organic Robotics Lab ha utilizzato sensori a fibra ottica estensibili per rendere i robot morbidi e i relativi componenti – dalla pelle alla tecnologia indossabile – quanto più agili e pratici possibile.

Nei sensori a fibra ottica, la luce proveniente da un LED viene inviata attraverso una guida d'onda ottica e un fotodiodo rileva i cambiamenti nell'intensità del raggio per determinare quando il materiale si sta deformando. Uno dei vantaggi della tecnologia è che le guide d'onda sono ancora in grado di propagare la luce anche se vengono forate o tagliate.

I ricercatori hanno combinato i sensori con un elastomero di poliuretano-urea che incorporava legami idrogeno, per una rapida guarigione, e scambi disolfuro, per maggiore resistenza.

Gli SHeALDS risultanti (guide luminose autoriparanti per il rilevamento dinamico) forniscono un rilevamento dinamico affidabile, sono resistenti ai danni e possono autoripararsi dai tagli a temperatura ambiente senza alcun intervento esterno.

Per dimostrare la tecnologia, i ricercatori hanno installato SHeaLDS in un robot morbido simile a una stella marina a quattro zampe e dotato di controllo del feedback. Dopo che i ricercatori hanno perforato una delle sue gambe per un totale di sei volte, il robot è stato in grado di rilevare il danno e di auto-guarire ogni taglio in circa un minuto. Il robot potrebbe anche adattare autonomamente la sua andatura in base al danno rilevato.

Sebbene il materiale sia robusto, non è indistruttibile.

"Hanno proprietà simili alla carne umana", ha detto Shepherd. "Non si guarisce bene dalla combustione, o da cose con acido o calore, perché ciò cambierà le proprietà chimiche. Ma possiamo fare un buon lavoro di guarigione dai tagli."

Shepherd prevede di integrare SHeaLDS con algoritmi di apprendimento automatico che riconoscono eventi tattili per creare infine "un robot molto duraturo che ha una pelle autorigenerante, ma usa la stessa pelle per sentire il suo ambiente per poter svolgere più compiti".

Il dottorando Young Seong Kim è coautore dell'articolo.

La ricerca è stata supportata dall’Air Force Office of Scientific Research, dal programma NASA Innovative and Advanced Concepts e dal programma EFRI della National Science Foundation.

I ricercatori hanno utilizzato la Cornell NanoScale Facility, un membro della National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, supportata dalla NSF; il Cornell Center for Materials Research, che è supportato dal programma MRSEC della NSF; e il Cornell Energy Systems Institute.

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