자기장은 소프트 로봇의 전력을 강화합니다

소프트 로봇은 실험실에서 산호를 키우거나 화학 공장에서 파이프를 검사하는 등의 작업을 수행하기 위해 좁은 공간을 이동할 수 있습니다.감지, 움직임, 힘이 자유롭게 함께 작동하는 '체화된 지능'을 그들에게 제공하는 것은 여전히 ​​어렵습니다.유연한 소재로 로봇을 구부릴 수 있지만 동력원은 그럴 수 없습니다.표준 배터리는 몸체를 뻣뻣하게 만들고, 빨리 소모되거나, 부담을 가하면 작동하지 않아 로봇을 묶거나 수명이 짧아질 수 있습니다.

싱가포르 국립대학교의 연구원들은 이 문제를 장점으로 바꾸는 방법을 찾았습니다.Science Advances에 게재된 연구에 따르면 소프트 로봇을 제어하는 ​​데 사용되는 자기장은 로봇 내부의 배터리 성능도 향상시킬 수 있습니다.

팀은 유연한 아연-이산화망간(Zn-MnO2) 배터리를 실리콘으로 제작하여 쥐가오리에서 영감을 받은 로봇 본체 내부에 수직으로 쌓아 올렸습니다.수직 스태킹은 공간을 절약하고 로봇의 유연성을 유지합니다.쥐가오리 디자인을 사용하면 컴팩트한 레이아웃에서 조화로운 움직임, 감지 및 에너지 사용이 가능합니다.

테스트 결과에 따르면 로봇 액추에이터의 자기장은 배터리 화학을 안정화하고 수지상 돌기 성장을 감소시키며 굽힘 및 응력 하에서 에너지 출력을 유지하는 것으로 나타났습니다.자기 강화 기능을 통해 배터리는 200회 주기 후에도 57.3%의 용량을 유지했는데, 이는 강화되지 않은 배터리에 비해 거의 두 배에 달하는 수치입니다.이 효과는 균일한 증착을 위해 아연 이온의 방향을 바꾸고 산화 망간 격자의 전자 스핀을 정렬하여 결정 손상을 방지하는 데서 비롯됩니다.이 이중 안정화는 내구성 있는 온보드 전원을 제공하는 방법을 제공합니다.

이 접근 방식을 시연하기 위해 유연한 배터리, 자기 액추에이터, 감지 및 무선 통신용 하이브리드 회로를 갖춘 만타레이 로봇을 제작했습니다.지느러미는 자기장에 반응하여 날개를 퍼덕여 수면을 가로지르는 움직임을 가능하게 합니다.모션을 구동하는 동일한 필드는 배터리 안정성도 향상시킵니다.로봇은 수영하고, 회전하고, 복잡한 경로를 따라갈 수 있으며 디지털 트윈 시스템에 데이터를 보낼 수 있습니다.

로봇은 장애물에 자율적으로 반응합니다.관성 센서는 가속도 변화를 감지하여 방향과 탐색 조정을 요청합니다.피드백 알고리즘은 파도나 접촉으로 인해 발생하는 요(yaw), 피치(pitch) 및 롤(roll)을 수정하고 온도 센서는 환경 조건을 매핑합니다.작동, 감지 및 전력의 수직 통합은 유연성을 줄이지 않고 공간을 최대화하여 로봇이 실시간으로 움직이고, 감지하고, 반응할 수 있게 해줍니다.

향후 계획에는 초음파 및 화학 탐지기와 같은 소형 센서를 추가하고 다른 배터리 유형이나 웨어러블 섬유와 같은 형태에 자기 강화를 적용하는 것이 포함됩니다.목표는 파이프라인 검사부터 해양 모니터링 또는 의료 작업에 이르기까지 복잡하거나 접근하기 어려운 공간에서 자율적으로 작동하여 자연 디자인에서 영감을 얻은 에너지 효율적인 구현 지능을 달성하는 소프트 로봇입니다.