HuisNieuwsMagnetische velden vergroten de kracht van zachte robots

Magnetische velden vergroten de kracht van zachte robots

Wat als dezelfde krachten die een zachte robot bewegen, deze ook zouden kunnen aandrijven?Nieuw onderzoek toont aan dat magnetische velden ervoor kunnen zorgen dat robots ongebonden, slim en langer meegaan.



Zachte robots kunnen door krappe ruimtes bewegen om taken uit te voeren zoals het kweken van koralen in laboratoria of het inspecteren van leidingen in chemische fabrieken.Het is nog steeds moeilijk om hen ‘belichaamde intelligentie’ te geven, waarbij waarneming, beweging en macht ongebonden samenwerken.Flexibele materialen laten robots buigen, maar hun krachtbronnen niet.Standaardbatterijen kunnen het lichaam verstijven, snel leeglopen of onder druk bezwijken, waardoor robots vastgebonden of van korte duur blijven.

Onderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore hebben een manier gevonden om van dit probleem een ​​voordeel te maken.Uit hun onderzoek in Science Advances blijkt dat de magnetische velden die worden gebruikt om zachte robots te besturen ook de prestaties van de batterijen erin kunnen verbeteren.

Het team bouwde flexibele zink-mangaandioxide (Zn-MnO₂)-batterijen in siliconen en stapelde ze verticaal in een op mantarog geïnspireerd robotlichaam.Verticaal stapelen bespaart ruimte en houdt de robot flexibel.Het ontwerp van de mantarog maakt gecoördineerde beweging, detectie en energieverbruik mogelijk in een compacte lay-out.

Tests toonden aan dat magnetische velden van de actuatoren van de robot de chemie van de batterij stabiliseerden, de dendrietgroei verminderden en de energieproductie onder buiging en spanning op peil hielden.Dankzij magnetische verbetering behielden de batterijen na 200 cycli een capaciteit van 57,3%, bijna het dubbele van die van niet-verbeterde batterijen.Het effect komt van het omleiden van zinkionen voor een gelijkmatige afzetting en het uitlijnen van elektronenspins in het mangaanoxiderooster om kristalschade te voorkomen.Deze dubbele stabilisatie biedt een manier om duurzame stroom aan boord te leveren.

Om de aanpak te demonstreren werd een mantarogrobot gebouwd met flexibele batterijen, magnetische actuatoren en een hybride circuit voor detectie en draadloze communicatie.De vinnen flapperen als reactie op magnetische velden, waardoor beweging over wateroppervlakken mogelijk wordt.Dezelfde velden die beweging aandrijven, verbeteren ook de stabiliteit van de batterij.De robot kan zwemmen, draaien, complexe paden volgen en gegevens naar een digitaal tweelingsysteem sturen.

De robot reageert autonoom op obstakels.Traagheidssensoren detecteren versnellingsveranderingen, wat aanpassingen in de oriëntatie en navigatie tot gevolg heeft.Feedbackalgoritmen corrigeren gieren, stampen en rollen veroorzaakt door golven of contact, terwijl temperatuursensoren de omgevingsomstandigheden in kaart brengen.Verticale integratie van bediening, detectie en kracht maximaliseert de ruimte zonder de flexibiliteit te verminderen, waardoor de robot in realtime kan bewegen, detecteren en reageren.

Toekomstige plannen omvatten het toevoegen van miniatuursensoren, zoals ultrasone en chemische detectoren, en het toepassen van magnetische verbetering op andere batterijtypen of vormen zoals draagbare vezels.Het doel zijn zachte robots die autonoom opereren in complexe of ontoegankelijke ruimtes, van pijpleidinginspectie tot maritieme monitoring of medische taken, waarbij energie-efficiënte belichaamde intelligentie wordt bereikt, geïnspireerd door natuurlijke ontwerpen.