수색 및 구조 임무부터 정형외과 치료 및 기타 여러 응용 분야에 이르기까지 소프트 로봇과 웨어러블 전자 장치는 다양한 분야에서 큰 가능성을 보여줍니다.그러나 기능적이고 실용적으로 사용할 수 있도록 디자인하는 것은 어려운 일이었습니다.

Rebecca Kramer-Bottiglio 교수 연구실의 연구팀은 원래 모양보다 훨씬 더 확장할 수 있는 복잡한 전자 장치를 개발했습니다.또한 시스템은 다양한 용도에 쉽게 적용할 수 있습니다.결과그들의 작품은 다음과 같이 출판됩니다.과학로봇공학.

신축성 로봇 분야는 장치의 강성 구성 요소와 부드러운 구성 요소 간의 인터페이스로 인해 종종 어려움을 겪습니다.즉, 현재는 너무 단단해서 소프트 본체에 단단히 통합할 수 없는 복잡한 회로가 필요합니다.결과적으로 설계자는 장치를 외부 회로 기판과 결합하므로 장치의 기능이 희생됩니다.

이를 위해 Kramer-Bottiglio 연구실의 연구원들은 널리 사용되는 오픈 소스 전자 플랫폼인 Arduino의 신축 가능한 버전을 개발하여 소프트 로봇에 내장했습니다.이러한 장치는 확장성이 뛰어나고 설계된 대로 작동할 뿐만 아니라 확장 가능하고 쉽게 재현할 수 있도록 제작되었습니다.

이는 실질적으로 확장할 수 있는 것으로 입증된 가장 복잡한 회로입니다. 이는 확장성을 위해 컴퓨팅 성능을 희생하지 않는 소프트 로봇 및 웨어러블 장치를 개발하는 데 중요한 단계입니다.

오늘날 대부분의 소프트 로봇은 견고한 Arduino 스타일 마이크로 컨트롤러로 제어됩니다.로봇의 부드러운 소재와 견고한 회로 사이의 불일치를 수용하기 위해 설계자는 스트레칭 시 간섭을 가장 적게 발생시키는 위치에 전자 장치를 배치하려고 하는 경우가 많습니다.

그러나 Kramer-Bottiglio의 연구실에서 연구원들은 견고함을 보여주기 위해 특히 변형이 심한 위치에 회로를 배치했습니다.이는 다른 로봇공학자들에게 장치 설계 방식에 있어 더 큰 자유를 제공합니다.연구진의 장치에는 적용 및 테스트 시 모두 확장된 강성 구성 요소와 연질 구성 요소 사이에 70개 이상의 접촉 지점이 있었습니다.

연구의 주저자이자 박사 학위인 Stephanie Woodman은 "우리는 제조 공정에서 일반적인 장애물을 극복하고 실제로 많은 신축성 Arduino를 만들 수 있었습니다."라고 말했습니다.Kramer-Bottiglio 연구실의 학생입니다.

그들은 원래 모양보다 3~4배 정도 늘어나 매우 신축성이 있는 것으로 나타났습니다.

John J. Lee 기계공학 및 재료과학 부교수인 Kramer-Bottiglio는 "이 시연은 기능적으로 제한된 일회성 쇼케이스에서 견고하고 신뢰할 수 있으며 복잡한 다층 신축성 회로로의 전환을 종합적으로 표시합니다."라고 말했습니다.

이 프로젝트에서 연구원들은 시스템을 다양한 용도로 접근하고 적용할 수 있도록 만드는 데 중점을 두었습니다.이 방법의 일반성을 입증하기 위해 이 방법을 적용하여 인기 있는 Arduino Pro Mini는 물론 Arduino Lilypad, Sparkfun 사운드 감지기, Sparkfun RGB 및 제스처 센서의 신축성 있는 버전을 만들었습니다.또한 방법을 개발하면서 광범위한 장비나 재료, 전문 지식 또는 회로 설계 전문 지식이 필요하지 않게 되었습니다.

연구진은 갈륨 기반 액체 금속으로 시작했습니다.재료를 칠할 수 있고 사용하기 쉽게 만들기 위해 그들은 액체 금속을 휘저어 산소에 노출시켰습니다.

Woodman은 "이를 통해 훨씬 더 패턴화할 수 있는 페이스트 형태로 만들 수 있으며 모든 부드러운 기판과 견고한 전기 부품에 강력하게 접착할 수 있습니다"라고 말했습니다.

그런 다음 원하는 회로 패턴으로 레이저 절단된 종이로 만든 마스크 위에 이 재료를 칠했습니다. 이렇게 하면 마스크를 제거할 때 회로 구성 요소를 배치하고 레이어를 캡슐화할 수 있습니다.모든 제조 재료, 방법 및 회로 설계는 오픈 소스입니다. 신축성 전자 장치를 만드는 프로세스는 다음에서 시연됩니다.이 GitHub 페이지.

이제 이러한 신축성 있는 회로를 개발했기 때문에 로봇 공학자들은 이를 사용할 수 있는 다양한 방법을 갖게 되었습니다.

Woodman은 "우리는 이를 여러 개의 소프트 로봇에 내장했습니다."라고 말했습니다."예를 들어, 스트레칭을 하면서 4족 로봇의 게이트를 제어합니다."그녀는 신축성 있는 전자 장치가 로봇이 변형되는 방식을 방해하지 않는다고 덧붙였습니다.

예를 들어 부상당한 팔다리를 보조하는 웨어러블 장치는 또 다른 응용 분야입니다.

Woodman은 "우리는 회로를 팔꿈치에 바로 배치하고 스트레칭하는 모습을 보여주었습니다."라고 Woodman은 말했습니다. 또한 팔꿈치는 스트레칭의 양 때문에 웨어러블 장치를 적용하기 가장 까다로운 부위 중 하나라고 덧붙였습니다.

"그래서 우리는 실제로 신축성이 있는 회로를 만들고 있을 뿐만 아니라 이것이 몸 전체와 신체의 사용 사례에서 실제로 어떻게 배포될 수 있는지 보여주고 있습니다.소프트 로봇내일부터."