Der kleine Roboter CLARI quetscht sich an enge Stellen

Rob Spiegel | Aug 30, 2023

Ingenieure der University of Colorado in Boulder haben einen Miniaturroboter entwickelt, der weniger wiegt als ein Tischtennisball und in Ihre Handfläche passt. Der Roboter ist ein nachgiebiges artikuliertes Roboterinsekt (CLARI). Es kann passiv seine Form von quadratisch zu lang und schlank oder breit wie eine Krabbe ändern. Derzeit hat die Maschine vier Beine, aber ihr modularer Aufbau könnte es dem Team ermöglichen, sie auf acht Beine auszubauen.

Heiko Kabutz, Doktorand am Paul M. Rady Department of Mechanical Engineering der University of Colorado in Boulder, und seine Kollegen stellten den Miniaturroboter in einer am 30. August in der Fachzeitschrift Advanced Intelligent Systems veröffentlichten Studie vor.

Jedes Bein von CLARI funktioniert fast wie ein unabhängiger Roboter – mit einer eigenen Platine und zwei Aktuatoren, die das Bein vorwärts, rückwärts und seitwärts bewegen, ähnlich einem menschlichen Hüftgelenk. Theoretisch könnte diese Modularität es CLARI-Robotern ermöglichen, eine große Vielfalt an Formen anzunehmen.

Miniaturroboter ermöglichen den Zugang zu begrenzten Umgebungen und zeigen Potenzial für Anwendungen wie Such- und Rettungsdienste und die Inspektion hochwertiger Vermögenswerte. Die Fähigkeit zur Körperverformung verbessert die Erreichbarkeit dieser kleinen Roboter in unübersichtlichem Gelände, ähnlich dem von Insekten und weichen Arthropoden. Motiviert durch dieses Konzept bauten die Ingenieure von CU Boulder einen insektengroßen Roboter mit angebundenen elektrischen Anschlüssen für Strom und Steuerung. CLARI wurde im Laminatverfahren hergestellt und mithilfe der Origami-Pop-up-Technik zusammengebaut.

Oben im Bild ist CLARI neben einer braunen Vogelspinne zu sehen. Das modulare und nachgiebige Gehäuse von CLARI ermöglicht es, die Gehäuseformen zu variieren und in mehreren Konfigurationen zu arbeiten.

Um die Fortbewegung in mehreren Formkonfigurationen zu ermöglichen, besteht die Körperarchitektur von CLARI aus betätigten Beinmechanismen. Der Roboter verfügt über acht unabhängig voneinander betätigte Freiheitsgrade, die von maßgeschneiderten piezoelektrischen Aktoren angetrieben werden, was ihn mechanisch geschickt macht.

Zukünftig will das CLARI-Team Sensoren in den Roboter integrieren, damit dieser Hindernisse erkennen und darauf reagieren kann. Die Gruppe arbeitet auch daran, den Roboter zu verbessern, indem sie ihm mehr Flexibilität und Stärke verleiht. Kabutz merkte an, dass Verbesserungen der Fähigkeiten des Roboters schwieriger werden, wenn CLARI um zusätzliche Beine erweitert wird.

Hier ist eine perspektivische Ansicht von CLARI, die die Hauptmerkmale hervorhebt, einschließlich der drei primären Roboterkörperformkonfigurationen, die auf Seitenverhältnissen basieren. Die Pfeile zeigen die Bodenreaktionskraftvektoren (rot) mit Projektionen in seitlicher (grün) und Vortriebsrichtung (cyan). Außerdem demonstriert die künstlerische Darstellung von CLARI die seitlich begrenzte Geländenavigation durch ein unübersichtliches Gelände unter Ausnutzung der Fähigkeit, die Körperform anzupassen.

Das Team entschied sich für eine artikulierte Morphologie für den Roboterkörper, um die schnellen, autonomen und mehrgangigen Fortbewegungsfähigkeiten von artikulierten Laminatrobotern mit der passiven, auf Compliance basierenden, verkörperten physischen Intelligenz von Systemen aus weichem Material zu kombinieren. Sie wählen ein Origami-basiertes Design, Laminatherstellung und einen Pop-up-Montageprozess für eine einfache Methode zur geometriebasierten Abstimmung.

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