Productie, controle en prestatie-evaluatie van een gecko-geïnspireerde softrobot
June 10th, 2020
Dit protocol biedt een gedetailleerde lijst van stappen die moeten worden uitgevoerd voor de productie, controle en evaluatie van de klimprestaties van een gekko-geïnspireerde zachte robot.
Deze techniek maakt gebruik van een soft robotics toolkit voor de productie van onze Gecko geïnspireerde zachte robot, die kan worden gemanipuleerd door een universele pneumatische controle box. Met behulp van een zachte klimrobot maakt een breed scala aan toepassingen die hoge eisen stellen aan de machine. Bijvoorbeeld voor het reinigen van zonnespiegels of wolkenkrabbergevels.
In principe elke andere zachte robot kan worden vervaardigd met behulp van deze methode in een pneumatische systeem kan worden bediend met een controller box. De productie van de actuatoren gebeurt meestal met de hand en vereist oefening. Verwacht niet dat het perfect werken op de eerste poging.
Ter voorbereiding van de elastomeer, voeg vijf gram elastomeer deel B verbinding, en 45 gram deel A verbinding per actuator aan een kopje op een balans. En roer de inhoud van de beker tot er geen witte of rode gebieden zichtbaar zijn aan de rand van de beker. Plaats vervolgens de beker 15 minuten in een vacuümkamer om lucht te verwijderen die tijdens het roerproces in het elastomeer is gevangen.
En laad de gegoten elastomeer in een spuit van 50 milliliter. Aan de fabrikant van het basisdeel eerste klem acryl glasplaat met twee overeenkomstige gaten op de mal en steek de spuit in het onderste gat. Druk de zuiger om de elastomeer te laden in een been of romp schimmel.
Wanneer de verbinding uit het bovenste gat tevoorschijn komt, maak de schroefklemmen los en trek de acrylglasplaat zijwaarts van de mal af. Gebruik een scherp gereedschap om stijgende luchtbellen te doorboren. Voeg vervolgens extra elastomeer toe.
Punct de stijgende bubbels weer en plaats de mal in was 65 graden Celsius oven. Neem na 30 minuten de mal uit de oven en gebruik een messenmes om een geëxtrudeerd elastomeer te verwijderen. Steek een hendel arm tussen de mal stukken om het te openen zonder beschadiging van de gietvlakken en verwijder de bijna actuator stuk uit de mal.
Als de casting succesvol was, gebruik dan het snijmes om uitstekende banden te verwijderen. Aan de fabrikant van de zuignappen en het onderste deel van de romp volgen dezelfde procedure, maar zonder het gebruik van extra acryl glas platen. Aan de fabrikant van het onderste deel van het been duw een siliconen buis door de gaten in het onderste deel van de mal en vul de mal met elastomeer.
Gebruik dan een kleine spatel om het elastomeer te verdelen naar de hoeken van de mal en genezen van de mal in de oven voor 15 tot 20 minuten. Wanneer de bodem van het gieten wordt gekoeld, vul de mal van het onderste deel met verse elastomeer, tot een tot 1,5 millimeter boven de reeds geharde elastomeer en steek een vlinder canule in de basis gieten. Na het markeren van de punctieplaats voor latere identificatie, plaats de bovenste basis in de onderste mal en druk de zijkanten iets in het elastomeerbad.
Na 10 tot 15 minuten in de oven, verwijder de actuator uit de mal en gebruik de punctieplaats om het apparaat aan te sluiten op een drukbron om een laatste lekkagetest uit te voeren. Voor de vervaardiging van de romp vul het onderste deel met elastomeer en plaats het onderste deel in het onderste deel. Ter voorbereiding van de ledemaat verbinding oppervlak te dekken het verbindingsoppervlak met elastomeer en gebruik speldennaalden om de onderdelen te bevestigen worden aangesloten op een houten bord.
Na het uitharden, sluit de zuignappen met de benen bijgevoegde naalden in de romp om ervoor te zorgen dat alle onderdelen in hetzelfde vlak, dan ben je de montage voor een extra 10 tot 15 minuten. Gebruik een een millimeter allen-toets om de invoegpositie te verbreden en plaats het uiteinde van een siliconen buis met een diameter van niet meer dan drie millimeter over het invoeggat. Gebruik de toets om de buis in het gat te drukken en de inlaat af te sluiten met een kleine hoeveelheid elastomeer.
Rek vervolgens de montage in de oven nog 10 minuten. Het opzetten van het hele systeem verbindt de aanvoerbuizen met de inhammen van alle actuatoren. Sluit de voedingsbuizen die in de poten zijn ingebed met de zuignappen en gebruik speldennaalden om de markeringen aan de robot te bevestigen.
Sluit de robot aan op de controlekast en sluit een drukbron met een maximale druk van 1,2 balken en een vacuümbron aan op de controlekast. Om een klimexperiment uit te voeren, plaatst u de robot bij het startpunt van het loopvlak en start u de opname. Druk op functie één om de drukregelaar te activeren en de robot minstens zes cycli te laten lopen en klimmen.
Druk op record om de opname te stoppen en zorg ervoor dat de robot niet zal vallen wanneer de drukregelaar wordt gestopt. Druk vervolgens op functie één om de drukregelaar te stoppen. Het is noodzakelijk om de kalibratieprocedure zo goed mogelijk aan te passen aan de werkelijke bedrijfsomstandigheden.
Bij het veranderen van de hellingshoek van het loopvlak veranderen ook de bedrijfsomstandigheden. Daarom moet de hoekdrukcurve voor elke helling opnieuw worden gekalibreerd. Na de herijking in deze analyse, de robot was niet alleen sneller was het ook in staat om steilere hellingen te beklimmen, terwijl het verbruiken van minder energie.
In deze beelden wordt de beweging van de robot voor een helling van 48 graden getoond. Zoals geïllustreerd de klimprestaties van de robot werd aanzienlijk verbeterd na de herijking als de verschuiving in positie binnen hetzelfde tijdsinterval is bijna twee keer zo groot. Zoals we hebben waargenomen met de zuignappen, kunnen verschillende complexe vormen worden geproduceerd met deze productiemethode.
Zelfs degenen met undercuts. Bij het samenvoegen van de afzonderlijke onderdelen is het erg belangrijk dat bondgenoot in hetzelfde vlak, anders wordt het klimvermogen van de robot drastisch verminderd. De robot is een interessant platform voor het onderzoeken van nieuwe bewegingsstrategieën.
Het uitvoeren van een curve kan bijvoorbeeld door deze robot op zeer verschillende manieren worden uitgevoerd.
Overzicht
Dit protocol biedt een gedetailleerde lijst van stappen voor het vervaardigen en evalueren van de klimprestaties van een gecko-geïnspireerde zachte robot. De techniek maakt gebruik van een zachte robotica toolkit en een pneumatisch controlesysteem om verschillende toepassingen mogelijk te maken.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Zachte Robotica
- Robotica Engineering
- Materiaalkunde
Achtergrond
- Zachte robots kunnen taken uitvoeren in uitdagende omgevingen.
- Gecko-geïnspireerde ontwerpen verbeteren de klimcapaciteiten.
- Het fabricageproces omvat handgemaakte actuatoren.
- Toepassingen omvatten het schoonmaken van zonnepanelen en gevels van wolkenkrabbers.
Doel van het onderzoek
- Om een methode te ontwikkelen voor het maken van zachte robots die effectief kunnen klimmen.
- Om de prestaties van de klimrobot onder verschillende omstandigheden te evalueren.
- Om de potentieel voor verschillende toepassingen van zachte robotica te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van elastomere componenten voor actuatoren.
- Gebruik van een vacuümkamer om lucht uit het elastomer te verwijderen.
- Fabricage van robotcomponenten met behulp van mallen.
- Calibratie van de robot voor klimexperimenten.
Belangrijkste resultaten
- De robot toonde verbeterde klimprestaties na herkalibratie.
- Hij was in staat om steilere hellingen te beklimmen terwijl hij minder energie verbruikt.
- Verschillende complexe vormen kunnen worden geproduceerd met de fabricagemethode.
- Juiste uitlijning van onderdelen is cruciaal voor het behoud van de klimcapaciteit.
Conclusies
- Het protocol maakt de effectieve creatie van klimzame zachte robots mogelijk.
- Herkalibratie verbetert de prestaties aanzienlijk.
- Dit onderzoek opent wegen voor nieuwe bewegingsstrategieën in zachte robotica.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This protocol enables the manufacturing and performance evaluation of a gecko-inspired soft robot capable of climbing inclined surfaces, offering a platform for studying adaptive locomotion in complex environments. The method supports the development of soft robotic systems for applications requiring conformable interaction with irregular substrates, such as inspection or maintenance tasks on vertical or inclined surfaces. By integrating pneumatic actuation with tunable gait patterns, the approach provides a mechanistic foundation for de-risking bio-inspired mobility strategies in early-stage discovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of adaptive locomotion hypotheses through tunable pressure-angle relationships in soft actuators.
- Operational Value: Supports iterative design-test cycles for soft material systems under variable mechanical loads.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of reproducible soft robotic systems for standardized performance assessment across incline conditions.
- Operational Value: Enables pressure-angle calibration as a quantitative readout for actuator responsiveness and sealing integrity.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Provides a disease-relevant system analog for studying adhesion-dependent mobility under gravitational and shear stresses.
- Operational Value: Supports continuity from bench-level actuator fabrication to integrated system evaluation under controlled incline challenges.
Pipeline & Workflow Integration
The method positions soft actuator manufacturing and calibration as enabling steps in the discovery continuum, linking material preparation to functional validation in locomotion-based assays.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of bio-inspired adhesion and motion strategies through controlled manipulation of actuator pressure and limb coordination.
- Screening: Describes assay readiness via pressure-angle calibration, ensuring consistent actuator output for comparative performance screening.
- Analytics: Highlights shift in positional displacement over time as a quantitative readout for locomotion efficiency and energy expenditure.
- Translational Research: Connects actuator performance to inclined-plane navigation, modeling challenges in substrate-adherent movement relevant to dermal or mucosal interface technologies.
- Enterprise Reuse: Frames the pneumatic control box and molding protocol as a reusable platform for rapid iteration of soft actuator designs across multiple projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in soft actuator behavior under load, reducing ambiguity in material-mechanics relationships.
- Operational Value: Standardization through vacuum degassing, oven curing, and semi-automated calibration improves reproducibility across fabrication batches.
- Strategic Value: Enables go/no-go decisions on soft material formulations based on climbing performance thresholds and energy efficiency metrics.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of locomotion strategies by quantifying trade-offs between speed, incline tolerance, and actuator actuation pressure.
Implementation Considerations
- Requires expertise in soft lithography, elastomer handling, and pneumatic system integration.
- Depends on access to vacuum chambers, precision ovens, laser-cut molds, and pressure/vacuum sources.
- Necessitates cross-team standardization of molding techniques and curing protocols to ensure actuator consistency.
- Involves adaptation considerations when scaling actuator size or modifying limb geometry for different substrate interaction models.
- Practical limitations include manual alignment sensitivity during assembly, where misalignment drastically reduces climbing ability, as noted in the transcript.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:51
Elastomer Preparation
1:29
Upper Base Fabrication
2:47
Leg Bottom Fabrication
3:11
Upper Base and Bottom Mold Conjunction
4:04
Limb Joining
4:35
Supply Tube Inlet Mounting
5:02
System Setup
5:33
Climbing Experiment
6:04
Results: Representative Climbing Performance and Re-Calibration Evaluations
6:55
Conclusion
