Productie, controle en prestatie-evaluatie van een gecko-geïnspireerde softrobot
10 juni 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 met stappen voor de fabricage en het evalueren van de klimprestaties van een op een gecko geïnspireerde zachte robot. De techniek maakt gebruik van een toolkit voor zachte robotica en een pneumatisch controlesysteem om diverse toepassingen mogelijk te maken.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschapsgebied
- Zachte Robotica
- Robotica-engineering
- Materiaalkunde
Achtergrond
- Zachte robots kunnen taken uitvoeren in uitdagende omgevingen.
- Op gecko's geïnspireerde ontwerpen verbeteren het klimvermogen.
- Het productieproces omvat handgemaakte actuatoren.
- Toepassingen omvatten het reinigen van zonnespiegels en gevels van wolkenkrabbers.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een methode voor het maken van zachte robots die effectief kunnen klimmen.
- Het evalueren van de prestaties van de klimrobot onder verschillende omstandigheden.
- Het verkennen van het potentieel voor diverse toepassingen van soft robotics.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van elastomeercomponenten voor actuatoren.
- Gebruik van een vacuümkamer om lucht uit het elastomeer te verwijderen.
- Fabricage van robotcomponenten met behulp van mallen.
- Kalibratie van de robot voor klimexperimenten.
Belangrijkste resultaten
- De robot vertoonde verbeterde klimprestaties na herkalibratie.
- Het was in staat om steilere hellingen te beklimmen met een lager energieverbruik.
- Met de productiemethode kunnen verschillende complexe vormen worden vervaardigd.
- Een juiste uitlijning van de onderdelen is cruciaal voor het behoud van het klimvermogen.
Conclusies
- Het protocol maakt de effectieve creatie van klimmende zachte robots mogelijk.
- Herkalibratie verbetert de prestaties aanzienlijk.
- Dit onderzoek opent wegen voor nieuwe bewegingsstrategieën in de zachte robotica.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Dit protocol maakt de vervaardiging en prestatie-evaluatie mogelijk van een op gekko's geïnspireerde zachte robot die in staat is om hellende oppervlakken te beklimmen, wat een platform biedt voor het bestuderen van adaptieve voortbeweging in complexe omgevingen. De methode ondersteunt de ontwikkeling van zachte robotische systemen voor toepassingen die een vormbare interactie met onregelmatige substraten vereisen, zoals inspectie- of onderhoudstaken op verticale of hellende oppervlakken. Door pneumatische actuatie te integreren met instelbare loop Patronen, biedt deze aanpak een mechanistische basis voor het minimaliseren van risico's bij bio-geïnspireerde mobiliteitsstrategieën in een vroege ontdekkingsfase.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van hypothesen over adaptieve voortbeweging mogelijk via instelbare druk-hoekrelaties in zachte actuatoren.
- Operationele waarde: Ondersteunt iteratieve ontwerp-testcycli voor zachte materiaalsystemen onder variabele mechanische belastingen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert de voorbereiding van reproduceerbare zachte robotestystemen voor gestandaardiseerde prestatiebeoordelingen onder verschillende hellingscondities.
- Operationele waarde: Maakt druk-hoekkalibratie mogelijk als een kwantitatieve uitlezing voor de reactiviteit van de actuator en de integriteit van de afdichting.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Biedt een ziekterelevante systeemanaloge voor het bestuderen van adhesie-afhankelijke mobiliteit onder invloed van zwaartekracht en schuifspanningen.
- Operationele waarde: Ondersteunt de continuïteit van de fabricage van actuatoren op laboratoriumschaal tot de evaluatie van het geïntegreerde systeem onder gecontroleerde hellingsuitdagingen.
Integratie van pijplijn en workflow
De methode positioneert de fabricage en kalibratie van zachte actuatoren als faciliterende stappen in het continuüm van ontdekking, waarbij materiaalinrichting wordt gekoppeld aan functionele validatie in assays op basis van voortbeweging.
- Discovery Biology: Ondersteunt het testen van hypothesen over bio-geïnspireerde adhesie- en bewegingsstrategieën door gecontroleerde manipulatie van de actuator-druk en ledematen-coördinatie.
- Screening: Beschrijft de gereedheid van de assay via druk-hoekkalibratie, wat zorgt voor een consistente output van de actuator voor comparatieve prestatiescreening.
- Analytics: Benadrukt de verschuiving in positionele verplaatsing over de tijd als een kwantitatieve readout voor locomotie-efficiëntie en energieverbruik.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt de prestaties van de actuator met navigatie op een schuin vlak, waarbij uitdagingen in substraat-adherente beweging worden gemodelleerd die relevant zijn voor technologieën voor dermale of mucosale interfaces.
- Enterprise Hergebruik: Presenteert de pneumatische controlebox en het gietprotocol als een herbruikbaar platform voor snelle iteratie van zachte actuator-ontwerpen over meerdere projecten heen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Predictieve zekerheid over het gedrag van zachte actuatoren onder belasting, waardoor ambiguïteit in materiaal-mechanische relaties wordt verminderd.
- Operationele waarde: Standaardisatie door middel van vacuümontgassen, ovenuitharding en semi-automatische kalibratie verbetert de reproduceerbaarheid over verschillende fabricagebatches.
- Strategische waarde: Maakt go/no-go-beslissingen mogelijk over formuleringen van zachte materialen op basis van drempelwaarden voor klimprestaties en metrieken voor energie-efficiëntie.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van locomotie-strategieën door trade-offs tussen snelheid, hellingtolerantie en actuatiedruk van de actuatoren te kwantificeren.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in zachte lithografie, de verwerking van elastomeren en de integratie van pneumatische systemen.
- Is afhankelijk van toegang tot vacuümkamers, precisieovens, lasersneden mallen en druk-/vacuümbronnen.
- Vereist standaardisatie van giettechnieken en uithardingsprotocollen tussen teams om de consistentie van de actuatoren te waarborgen.
- Omvat overwegingen voor aanpassingen bij het schalen van de actuatorgrootte of het wijzigen van de geometrie van de ledematen voor verschillende interactiemodellen met het substraat.
- Praktische beperkingen omvatten de gevoeligheid voor handmatige uitlijning tijdens de assemblage, waarbij een verkeerde uitlijning het klimvermogen drastisch vermindert, zoals vermeld in het transcript.
Biopharma Veelgestelde Vragen
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
