Мягкая робототехника — это подраздел робототехники , который занимается проектированием, управлением и изготовлением роботов, состоящих из податливых материалов, а не из жестких связей . [1] [2]
В отличие от роботов с жестким корпусом, изготовленных из металлов, керамики и твердых пластиков, податливость мягких роботов может повысить их безопасность при работе в тесном контакте с людьми. [2]
Типы и конструкции
Целью мягкой робототехники является проектирование и создание роботов с физически гибкими телами и электроникой. В некоторых приложениях мягкость ограничивается локализованной областью машины. Например, жесткие роботизированные руки могут использовать мягкие концевые эффекторы для мягкого захвата и манипулирования деликатными или неровными по форме объектами. [3] Большинство жестких мобильных роботов также стратегически используют мягкие компоненты, такие как подушечки для ног для поглощения ударов или пружинистые соединения для хранения/высвобождения упругой энергии. Однако область мягкой робототехники в целом фокусируется на создании машин, которые преимущественно или полностью мягкие. Роботы с полностью мягкими телами обладают огромным потенциалом, таким как гибкость, которая позволяет им протискиваться в места, куда жесткие тела не могут, что может оказаться полезным в сценариях ликвидации последствий стихийных бедствий. Мягкие роботы также более безопасны для взаимодействия с человеком и для внутреннего развертывания внутри человеческого тела. [4]
Природа часто является источником вдохновения для проектирования мягких роботов, учитывая, что сами животные в основном состоят из мягких компонентов, и они, по-видимому, используют свою мягкость для эффективного движения в сложных условиях почти повсюду на Земле. [5] Таким образом, мягкие роботы часто проектируются так, чтобы выглядеть как знакомые существа, особенно полностью мягкие организмы, такие как осьминоги. Однако вручную проектировать и контролировать мягких роботов крайне сложно, учитывая их низкое механическое сопротивление. То самое, что делает мягких роботов полезными — их гибкость и податливость — делает их сложными в управлении. Математика, разработанная за последние столетия для проектирования твердых тел, как правило, не распространяется на мягких роботов. Таким образом, мягкие роботы обычно проектируются частично с помощью автоматизированных инструментов проектирования, таких как эволюционные алгоритмы, которые позволяют одновременно и автоматически проектировать и оптимизировать форму, свойства материалов и контроллер мягкого робота для заданной задачи. [6]
Биомимикрия
Растительные клетки могут по своей природе создавать гидростатическое давление из-за градиента концентрации растворенного вещества между цитоплазмой и внешней средой (осмотический потенциал). Кроме того, растения могут регулировать эту концентрацию посредством движения ионов через клеточную мембрану. Это затем изменяет форму и объем растения, поскольку оно реагирует на это изменение гидростатического давления. Эта эволюция формы, полученная под давлением, желательна для мягкой робототехники и может быть смоделирована для создания адаптивных к давлению материалов с помощью потока жидкости . [7] Следующее уравнение [8] моделирует скорость изменения объема клетки:
Этот принцип был использован при создании систем давления для мягкой робототехники. Эти системы состоят из мягких смол и содержат несколько мешочков с жидкостью с полупроницаемыми мембранами. Полупроницаемость обеспечивает транспортировку жидкости, которая затем приводит к образованию давления. Эта комбинация транспортировки жидкости и создания давления затем приводит к изменению формы и объема. [7]
Другим биологически присущим механизмом изменения формы является гигроскопическое изменение формы. В этом механизме растительные клетки реагируют на изменения влажности. Когда окружающая атмосфера имеет высокую влажность, растительные клетки набухают, но когда окружающая атмосфера имеет низкую влажность, растительные клетки сжимаются. Это изменение объема наблюдалось в пыльцевых зернах [9] и чешуйках сосновых шишек. [7] [10]
Аналогичные подходы к созданию гидравлических мягких суставов можно также заимствовать из локомоции паукообразных , где сильный и точный контроль над суставом может осуществляться в первую очередь посредством сжатой гемолимфы.
Производство
Традиционные методы производства, такие как субтрактивные методы, такие как сверление и фрезерование, бесполезны, когда дело доходит до создания мягких роботов, поскольку эти роботы имеют сложные формы с деформируемыми телами. Поэтому были разработаны более продвинутые методы производства. К ним относятся Shape Deposition Manufacturing (SDM), процесс Smart Composite Microstructure (SCM) и 3D-печать из нескольких материалов. [2] [11]
SDM — это тип быстрого прототипирования, при котором осаждение и обработка происходят циклически. По сути, один наносит материал, обрабатывает его, встраивает желаемую структуру, наносит опору для указанной структуры, а затем дополнительно обрабатывает продукт до конечной формы, которая включает осажденный материал и встроенную часть. [11] Встроенное оборудование включает схемы, датчики и приводы, и ученые успешно встраивали элементы управления внутрь полимерных материалов для создания мягких роботов, таких как Stickybot [12] и iSprawl. [13]
SCM — это процесс, при котором объединяются жесткие тела из полимера, армированного углеродным волокном (CFRP), с гибкими полимерными связками. Гибкий полимер действует как суставы для скелета. При этом процессе создается интегрированная структура из CFRP и полимерных связок с помощью лазерной обработки с последующим ламинированием. Этот процесс SCM используется в производстве мезомасштабных роботов, поскольку полимерные соединители служат альтернативой штифтовым соединениям с низким коэффициентом трения. [11]
Процессы аддитивного производства, такие как 3D-печать , теперь можно использовать для печати широкого спектра силиконовых чернил с использованием таких методов, как прямое нанесение чернил (DIW, также известное как Robocasting ). [14] Этот производственный маршрут позволяет производить бесшовные приводы из жидких эластомеров с локально определенными механическими свойствами. Он также позволяет производить цифровые пневматические силиконовые приводы, демонстрирующие программируемые биоинспирированные архитектуры и движения. [15]
С использованием этого метода был напечатан широкий спектр полностью функциональных мягких роботов, включая изгиб, скручивание, захват и сжимающее движение. Эта технология позволяет избежать некоторых недостатков традиционных производственных маршрутов, таких как расслоение между склеенными деталями. Другой метод аддитивного производства, который производит материалы с изменяющейся формой, форма которых является светочувствительной, термоактивируемой или восприимчивой к воде. По сути, эти полимеры могут автоматически менять форму при взаимодействии с водой, светом или теплом. Один из таких примеров материала с изменяющейся формой был создан с помощью светочувствительной струйной печати на полистирольной мишени. [16]
Кроме того, полимеры с эффектом памяти формы были быстро прототипированы, которые включают два различных компонента: скелет и материал шарнира. При печати материал нагревается до температуры, превышающей температуру стеклования материала шарнира. Это позволяет деформировать материал шарнира, не влияя при этом на материал скелета. Кроме того, этот полимер может непрерывно реформироваться посредством нагревания. [16]
Методы и материалы контроля
Всем мягким роботам требуется система приведения в действие для создания сил реакции, чтобы обеспечить движение и взаимодействие с окружающей средой. Из-за податливой природы этих роботов мягкие системы приведения в действие должны иметь возможность двигаться без использования жестких материалов, которые могли бы действовать как кости в организмах, или металлического каркаса, который является обычным для жестких роботов. Для приведения в действие, которое включает изгиб, необходимо создать некоторую разницу напряжений по компоненту, так что система имеет тенденцию изгибаться к определенной форме, чтобы снять это указанное напряжение. Тем не менее, существует несколько решений управления для проблемы мягкого приведения в действие, и каждое из них нашло свое применение, каждое из которых обладает своими преимуществами и недостатками. Некоторые примеры методов управления и соответствующих материалов перечислены ниже.
Электрическое поле
Одним из примеров является использование электростатической силы , которая может применяться в:
Диэлектрические эластомерные актуаторы (DEA), которые используют электрическое поле высокого напряжения для изменения своей формы (пример рабочего DEA). Эти актуаторы могут создавать большие силы, имеют высокую удельную мощность (Вт кг −1 ), создают большие деформации (>1000%), [17] обладают высокой плотностью энергии (>3 МДж м −3 ), [18] демонстрируют самоопределение и достигают высоких скоростей срабатывания (10 мс - 1 с). Однако потребность в высоких напряжениях быстро становится ограничивающим фактором в потенциальных практических применениях. Кроме того, эти системы часто демонстрируют токи утечки, имеют тенденцию к электрическим пробоям (диэлектрический отказ следует статистике Вейбулла , поэтому вероятность увеличивается с увеличением площади электрода [19] ), и требуют предварительной деформации для наибольшей деформации. [20] Некоторые из новых исследований показывают, что существуют способы преодоления некоторых из этих недостатков, как показано, например, в актуаторах Peano-HASEL, которые включают жидкие диэлектрики и тонкие компоненты оболочки. Такой подход снижает необходимое приложенное напряжение, а также обеспечивает самовосстановление при электрическом пробое. [21] [22]
Термальный
Полимеры с эффектом памяти формы (SMP) — это умные и реконфигурируемые материалы, которые служат прекрасным примером термоприводов, которые можно использовать для приведения в действие. Эти материалы «запоминают» свою первоначальную форму и возвращаются к ней при повышении температуры. Например, сшитые полимеры можно деформировать при температурах выше их стеклования (Tg ) или перехода плавления (Tm ) , а затем охлаждать. Когда температура снова повышается, деформация снимается, и форма материалов возвращается к исходной. [23] Это, конечно, предполагает, что существует только одно необратимое движение, но были продемонстрированы материалы, имеющие до 5 временных форм. [24] Одним из самых простых и известных примеров полимеров с эффектом памяти формы является игрушка под названием Shrinky Dinks , которая сделана из предварительно растянутого листа полистирола (PS), который можно использовать для вырезания фигур, которые будут значительно сжиматься при нагревании. Актуаторы, изготовленные с использованием этих материалов, могут достигать деформаций до 1000% [25] и продемонстрировали широкий диапазон плотности энергии от <50 кДж м −3 до 2 МДж м −3 . [26] Определенными недостатками SMP являются их медленный отклик (>10 с) и, как правило, низкая генерируемая сила. [20] Примерами SMP являются полиуретан (PU), полиэтилентерефталат (PET), полиэтиленоксид (PEO) и другие.
Сплавы с эффектом памяти формы лежат в основе другой системы управления для мягкого приведения в действие роботов. [27] Хотя пружины сделаны из металла, традиционно жесткого материала, они сделаны из очень тонкой проволоки и так же податливы, как и другие мягкие материалы. Эти пружины имеют очень высокое отношение силы к массе, но растягиваются при применении тепла, что неэффективно с точки зрения энергии. [28]
Разница давления
Пневматические искусственные мышцы , другой метод управления, используемый в мягких роботах, основан на изменении давления внутри гибкой трубки. Таким образом, она будет действовать как мышца, сокращаясь и расширяясь, тем самым прикладывая силу к тому, к чему она прикреплена. Благодаря использованию клапанов робот может поддерживать заданную форму, используя эти мышцы без дополнительного ввода энергии. Однако этот метод обычно требует внешнего источника сжатого воздуха для функционирования. Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор является наиболее часто используемым алгоритмом для пневматических мышц. Динамический отклик пневматических мышц можно модулировать, настраивая параметры ПИД-регулятора. [29]
Датчики
Датчики являются одним из важнейших компонентов роботов. Неудивительно, что мягкие роботы в идеале используют мягкие датчики. Мягкие датчики обычно могут измерять деформацию, таким образом делая вывод о положении или жесткости робота.
Мягкие роботы могут быть внедрены в медицинскую профессию, особенно для инвазивной хирургии . Мягкие роботы могут быть созданы для помощи в хирургии благодаря их свойствам изменения формы. Изменение формы важно, поскольку мягкий робот может перемещаться по различным структурам человеческого тела, регулируя свою форму. Это может быть достигнуто с помощью использования жидкостного приведения в действие. [43]
Экзокостюмы
Мягкие роботы также могут использоваться для создания гибких экзокостюмов, для реабилитации пациентов, оказания помощи пожилым людям или просто для повышения силы пользователя. Команда из Гарварда создала экзокостюм, используя эти материалы, чтобы дать преимущества дополнительной прочности, предоставляемой экзокостюмом, без недостатков, которые возникают из-за того, что жесткие материалы ограничивают естественные движения человека. Экзокостюмы представляют собой металлические каркасы, оснащенные моторизованными мышцами для увеличения силы носителя. Металлический каркас роботизированных костюмов, также называемый экзоскелетами, в некоторой степени отражает внутреннюю скелетную структуру носителя.
Костюм делает поднимаемые предметы намного легче, а иногда даже невесомыми, что снижает вероятность получения травм и улучшает податливость. [44]
Коллаборативные роботы
Традиционно производственные роботы были изолированы от людей-рабочих из-за проблем безопасности, поскольку столкновение жесткого робота с человеком могло легко привести к травме из-за быстрого движения робота. Однако мягкие роботы могли бы безопасно работать рядом с людьми, поскольку в случае столкновения податливая природа робота предотвратит или минимизирует любую потенциальную травму.
Биомимикрия
Применение биомимикрии с помощью мягкой робототехники применяется в исследовании океана или космоса. В поисках внеземной жизни ученым необходимо больше знать о внеземных водоемах, поскольку вода является источником жизни на Земле. Мягкие роботы могут использоваться для имитации морских существ, которые могут эффективно маневрировать в воде. Такой проект был предпринят командой из Корнелла в 2015 году в рамках гранта от NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). [45] Команда приступила к разработке мягкого робота, который будет имитировать миногу или каракатицу в том, как они двигаются под водой, чтобы эффективно исследовать океан под ледяным слоем спутника Юпитера, Европы. Но исследование водоема, особенно на другой планете, сопряжено с уникальным набором механических и материальных проблем. В 2021 году ученые продемонстрировали биоинспирированного автономного мягкого робота для глубоководных операций , который может выдерживать давление в самой глубокой части океана в Марианской впадине . Робот оснащен искусственными мышцами и крыльями из гибких материалов и электроникой, распределенной внутри его силиконового тела. Его можно использовать для глубоководных исследований и мониторинга окружающей среды . [46] [47] [48] В 2021 году команда из Университета Дьюка сообщила о мягком роботе в форме стрекозы, названном DraBot, с возможностью следить за изменениями кислотности, колебаниями температуры и нефтяными загрязнителями в воде. [49] [50] [51]
Маскировка
Мягкие роботы, которые выглядят как животные или иным образом трудно идентифицируются, могут использоваться для наблюдения и ряда других целей. [52] Их также можно использовать для экологических исследований, например, среди дикой природы. [53] Мягкие роботы также могут обеспечить новый искусственный камуфляж. [54]
Компоненты робота
Искусственная мышца
Искусственные мышцы , также известные как мышечно -подобные приводы , представляют собой материалы или устройства, которые имитируют естественные мышцы и могут изменять свою жесткость, обратимо сокращаться, расширяться или вращаться в пределах одного компонента из-за внешнего стимула (такого как напряжение, ток, давление или температура). [55] Три основных реакции приведения в действие — сокращение, расширение и вращение — могут быть объединены в пределах одного компонента для создания других типов движений (например, изгиба, путем сокращения одной стороны материала при расширении другой стороны). Обычные двигатели и пневматические линейные или вращательные приводы не считаются искусственными мышцами, поскольку в приведении в действие участвует более одного компонента.
Благодаря своей высокой гибкости, универсальности и соотношению мощности к весу по сравнению с традиционными жесткими приводами, искусственные мышцы имеют потенциал стать крайне прорывной новой технологией . Хотя в настоящее время она используется ограниченно, эта технология может иметь широкое будущее применение в промышленности, медицине, робототехнике и многих других областях. [56] [57] [58]
Кожа робота с тактильным восприятием
Примерами текущего состояния прогресса в области роботизированной кожи по состоянию на середину 2022 года являются роботизированный палец, покрытый типом искусственной живой человеческой кожи, [59] [60] электронная кожа, дающая роботизированной руке тактильные ощущения, подобные биологическим , и чувствительность к прикосновению/боли, [61] [62] система электронной кожи и человеко-машинного интерфейса, которая может обеспечить дистанционное тактильное восприятие , а также носимое или роботизированное обнаружение многих опасных веществ и патогенов , [63] [64] и многослойная тактильная сенсорная гидрогелевая кожа робота. [65] [66]
Электронная кожа
Электронная кожа относится к гибкой , растягивающейся и самовосстанавливающейся электронике, которая способна имитировать функциональные возможности кожи человека или животного. [67] [68] Широкий класс материалов часто содержит сенсорные способности, которые предназначены для воспроизведения возможностей человеческой кожи реагировать на факторы окружающей среды, такие как изменения температуры и давления. [67] [68] [69] [70]
Достижения в области исследований электронной кожи сосредоточены на разработке материалов, которые являются эластичными, прочными и гибкими. Исследования в отдельных областях гибкой электроники и тактильных ощущений значительно продвинулись; однако, проектирование электронной кожи пытается объединить достижения во многих областях исследования материалов, не жертвуя индивидуальными преимуществами каждой области. [71] Успешное сочетание гибких и растяжимых механических свойств с датчиками и способностью к самовосстановлению откроет двери для многих возможных приложений, включая мягкую робототехнику, протезирование, искусственный интеллект и мониторинг здоровья. [67] [71] [72] [73]
Недавние достижения в области электронной кожи были сосредоточены на включении идеалов зеленых материалов и экологической осведомленности в процесс проектирования. Поскольку одной из основных проблем, стоящих перед разработкой электронной кожи, является способность материала выдерживать механическую нагрузку и сохранять сенсорную способность или электронные свойства, способность к переработке и самовосстановлению особенно важны в будущем проектировании новых электронных оболочек. [74]
Качественные преимущества
Преимущества конструкций мягких роботов по сравнению с полностью традиционными конструкциями роботов могут заключаться в меньшем весе (тяжелые полезные нагрузки требуют больших затрат на запуск) и повышенной безопасности (роботы могут работать вместе с астронавтами). [75]
Механические соображения при проектировании
Усталостное разрушение при изгибе
Мягкие роботы, особенно те, которые предназначены для имитации жизни, часто должны испытывать циклическую нагрузку, чтобы двигаться или выполнять задачи, для которых они были разработаны. Например, в случае описанного выше робота, похожего на миногу или каракатицу, движение потребовало бы электролиза воды и воспламенения газа, что вызвало бы быстрое расширение, чтобы продвинуть робота вперед. [45] Это повторяющееся и взрывное расширение и сжатие создало бы среду интенсивной циклической нагрузки на выбранный полимерный материал. Робота в удаленном подводном месте или на удаленном планетарном теле, таком как Европа, было бы практически невозможно заделать или заменить, поэтому необходимо позаботиться о выборе материала и конструкции, которые минимизируют возникновение и распространение усталостных трещин. В частности, следует выбрать материал с пределом усталости или частотой амплитуды напряжения, выше которой усталостная реакция полимера больше не зависит от частоты. [76]
Хрупкое разрушение при охлаждении
Во-вторых, поскольку мягкие роботы сделаны из высокоподатливых материалов, необходимо учитывать температурные эффекты. Предел текучести материала имеет тенденцию уменьшаться с температурой, а в полимерных материалах этот эффект еще более экстремальн. [76] При комнатной температуре и более высоких температурах длинные цепи во многих полимерах могут растягиваться и скользить мимо друг друга, предотвращая локальную концентрацию напряжения в одной области и делая материал пластичным. [77] Но большинство полимеров претерпевают температуру перехода из пластичного состояния в хрупкое [78], ниже которой недостаточно тепловой энергии для того, чтобы длинные цепи отреагировали таким пластичным образом, и разрушение гораздо более вероятно. Тенденция полимерных материалов становиться хрупкими при более низких температурах фактически считается причиной катастрофы космического челнока Challenger , и к ней следует относиться очень серьезно, особенно для мягких роботов, которые будут использоваться в медицине. Температура перехода от пластичности к хрупкости не обязательно должна быть «холодной», на самом деле она является характеристикой самого материала и зависит от его кристалличности, прочности, размера боковой группы (в случае полимеров) и других факторов. [78]
Международные журналы
Мягкая робототехника (SoRo)
Раздел «Мягкая робототехника» журнала Frontiers in Robotics and AI
Наука Робототехника
Международные мероприятия
2018 Robosoft, первая международная конференция IEEE по мягкой робототехнике, 24–28 апреля 2018 г., Ливорно, Италия
Семинар IROS 2017 по мягкому морфологическому дизайну для тактильных ощущений, взаимодействия и отображения, 24 сентября 2017 г., Ванкувер, Британская Колумбия, Канада
First Soft Robotics Challenge 2016, 29–30 апреля, Ливорно, Италия
Неделя мягкой робототехники 2016, 25–30 апреля, Ливорно, Италия
2015 «Мягкая робототехника: приведение в действие, интеграция и приложения — объединение исследовательских перспектив для скачка вперед в технологии мягкой робототехники» на конференции ICRA2015, Сиэтл, штат Вашингтон
Семинар 2014 года по достижениям в области мягкой робототехники, Конференция по робототехнике и системам (RSS) 2014 года, Беркли, Калифорния, 13 июля 2014 г.
Международный семинар по мягкой робототехнике и морфологическим вычислениям 2013 г., Монте Верита, 14–19 июля 2013 г.
Летняя школа по мягкой робототехнике 2012 г., Цюрих, 18–22 июня 2012 г.
В популярной культуре
В фильме Disney 2014 года «Большой герой 6» представлен мягкий робот Baymax , изначально разработанный для использования в сфере здравоохранения . В фильме Baymax изображен как большой, но не устрашающий робот с надувным виниловым корпусом, окружающим механический скелет. Основа концепции Baymax исходит из реальных исследований по применению мягкой робототехники в сфере здравоохранения, таких как работа робототехника Криса Аткесона в Институте робототехники Карнеги-Меллона . [80]
В анимационном фильме Sony 2018 года « Человек-паук: Через вселенные» представлена женская версия суперзлодея Доктора Осьминога , которая использует щупальца, созданные из мягкой робототехники, чтобы подавлять своих врагов.
В 4-м эпизоде мультсериала «Хеллува Босс » изобретатель Лупти Гупти использует щупальца с мягкой робототехникой, оснащенные различным оружием, чтобы запугать членов IMP и заставить их убить его друга Лайла Липтона.
^ Яса, Онкай; Тошимицу, Ясунори; Микелис, Майк Й.; Джонс, Льюис С.; Филиппи, Мириам; Бухнер, Томас; Кацшманн, Роберт К. (3 мая 2023 г.). «Обзор мягкой робототехники». Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems . 6 (1): 1–29. doi : 10.1146/annurev-control-062322-100607. hdl : 20.500.11850/595503 . ISSN 2573-5144. S2CID 253542475. Получено 4 мая 2023 г.
^ abc Rus, Daniela; Tolley, Michael T. (27 мая 2015 г.). «Проектирование, изготовление и управление мягкими роботами» (PDF) . Nature . 521 (7553): 467–475. Bibcode :2015Natur.521..467R. doi :10.1038/nature14543. hdl : 1721.1/100772 . PMID 26017446. S2CID 217952627.
^ Ван, Боуэн; Урбаник, Рут Джилл (2021-02-15). «Проектирование и моделирование на основе моделей мягкого роботизированного захвата для обработки тканевых материалов». dx.doi.org . doi :10.21203/rs.3.rs-225922/v1 . Получено 2024-09-05 .
^ Абиди, Хайдер; Чианкетти, Маттео (2017-02-20). «О внутренней безопасности мягких роботов». Frontiers in Robotics and AI . 4. doi : 10.3389/frobt.2017.00005 . ISSN 2296-9144.
^ Ким, Сангбэ; Лаши, Сесилия ; Триммер, Барри (2013). «Мягкая робототехника: биоинспирированная эволюция в робототехнике». Тенденции в биотехнологии . 31 (5): 287–94. doi :10.1016/j.tibtech.2013.03.002. PMID 23582470. S2CID 19903405.
^ Бонгард, Джош (2013). «Эволюционная робототехника». Сообщения ACM . 56 (8): 74–83. doi :10.1145/2492007.2493883.
^ abc Li, Suyi; Wang, KW (1 января 2017 г.). «Адаптивные структуры и материалы, вдохновленные растениями, для морфинга и приведения в действие: обзор». Bioinspiration & Biomimetics . 12 (1): 011001. Bibcode :2017BiBi...12a1001L. doi :10.1088/1748-3190/12/1/011001. ISSN 1748-3190. PMID 27995902. S2CID 19670692.
^ Дюме, Жак; Фортерре, Йоэль (21 января 2012 г.). "«Динамика растений»: роль воды в движениях растений. Annual Review of Fluid Mechanics . 44 (1): 453–478. Bibcode : 2012AnRFM..44..453D. doi : 10.1146/annurev-fluid-120710-101200.
^ Катифори, Элени; Альбен, Силас; Серда, Энрике; Нельсон, Дэвид Р.; Дюмейс, Жак (27 апреля 2010 г.). «Складывающиеся структуры и естественный дизайн пыльцевых зерен» (PDF) . Труды Национальной академии наук . 107 (17): 7635–7639. Bibcode :2010PNAS..107.7635K. doi : 10.1073/pnas.0911223107 . PMC 2867878 . PMID 20404200.
^ Доусон, Колин; Винсент, Джулиан ФВ; Рокка, Энн-Мари (18 декабря 1997 г.). «Как открываются сосновые шишки». Nature . 390 (6661): 668. Bibcode :1997Natur.390..668D. doi :10.1038/37745. S2CID 4415713.
^ abc Cho, Kyu-Jin; Koh, Je-Sung; Kim, Sangwoo; Chu, Won-Shik; Hong, Yongtaek; Ahn, Sung-Hoon (11 октября 2009 г.). «Обзор производственных процессов для мягких биомиметических роботов». International Journal of Precision Engineering and Manufacturing . 10 (3): 171–181. doi :10.1007/s12541-009-0064-6. S2CID 135714305.
^ Ким, С.; Спенко, М.; Трухильо, С.; Хейнеман, Б.; Маттоли, В.; Каткоски, М.Р. (1 апреля 2007 г.). «Адгезия всего тела: иерархическое, направленное и распределенное управление адгезионными силами для скалолазного робота». Труды Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 2007 г. . стр. 1268–1273. CiteSeerX 10.1.1.417.3488 . doi :10.1109/ROBOT.2007.363159. ISBN978-1-4244-0602-9. S2CID 15574417.
^ Чам, Хорхе Г.; Бейли, Шон А.; Кларк, Джонатан Э.; Фулл, Роберт Дж.; Каткоски, Марк Р. (1 октября 2002 г.). «Быстрые и надежные: шестиногие роботы с использованием технологии наплавки». Международный журнал исследований робототехники . 21 (10–11): 869–882. doi :10.1177/0278364902021010837. ISSN 0278-3649. S2CID 9390666.
^ Ван, Дун; Ван, Цзиньцян; Шэнь, Цзэцюнь; Цзян, Чэнжу; Цзоу, Цзян; Дун, Ле; Фан, Николас С.; Гу, Гоин (3 мая 2023 г.). «Мягкие приводы и роботы, созданные с помощью аддитивного производства». Ежегодный обзор систем управления, робототехники и автономных систем . 6 (1): 31–63. doi : 10.1146/annurev-control-061022-012035 . ISSN 2573-5144. S2CID 256289436.
^ ab Truby, Ryan L.; Lewis, Jennifer A. (14 декабря 2016 г.). «Печать мягких материалов в трех измерениях». Nature . 540 (7633): 371–378. Bibcode :2016Natur.540..371T. doi :10.1038/nature21003. PMID 27974748. S2CID 4456437.
^ Бауэр, Зигфрид; Суо, Чжиган; Баумгартнер, Ричард; Ли, Тифенг; Кеплингер, Кристоф (2011-12-08). «Использование неустойчивости щелчкового перехода в мягких диэлектриках для достижения гигантской деформации, вызванной напряжением». Soft Matter . 8 (2): 285–288. doi :10.1039/C1SM06736B. ISSN 1744-6848. S2CID 97177819.
^ Кох, Су Джин Адриан; Чжао, Сюаньхэ; Суо, Чжиган (июнь 2009 г.). «Максимальная энергия, которая может быть преобразована диэлектрическим эластомерным генератором». Applied Physics Letters . 94 (26): 26. Bibcode : 2009ApPhL..94z2902K. doi : 10.1063/1.3167773. S2CID 110788856.
^ Diaham, S.; Zelmat, S.; Locatelli, M.-; Dinculescu, S.; Decup, M.; Lebey, T. (февраль 2010 г.). «Диэлектрический пробой полиимидных пленок: зависимость площади, толщины и температуры». IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation . 17 (1): 18–27. doi :10.1109/TDEI.2010.5411997. ISSN 1070-9878. S2CID 27270176.
^ Mather, PT; Qin, H.; Liu, C. (2007-04-10). «Обзор прогресса в полимерах с эффектом памяти формы». Journal of Materials Chemistry . 17 (16): 1543–1558. doi :10.1039/B615954K. ISSN 1364-5501. S2CID 138860847.
^ Пэн, Юйсин; Дин, Сяобинь; Чжэн, Чжаохуэй; Пань, И; Ся, Шуан; Лю, Туо; Ли, Цзин (2011-08-09). «Универсальный подход к достижению эффекта памяти пятикратной формы с помощью полувзаимопроникающих полимерных сетей, содержащих уширенные сегменты стеклования и кристаллические сегменты». Журнал химии материалов . 21 (33): 12213–12217. doi :10.1039/C1JM12496J. ISSN 1364-5501.
^ Лангер, Роберт; Лендлейн, Андреас (2002-05-31). «Биоразлагаемые, эластичные полимеры с памятью формы для потенциальных биомедицинских применений». Science . 296 (5573): 1673–1676. Bibcode :2002Sci...296.1673L. doi : 10.1126/science.1066102 . ISSN 1095-9203. PMID 11976407. S2CID 21801034.
^ Медина, Одед; Шапиро, Амир; Швалб, Нир (2015). «Кинематика для приводимого в действие гибкого n-многообразия». Журнал механизмов и робототехники . 8 (2): 021009. doi :10.1115/1.4031301. ISSN 1942-4302.
^ Ким, Сангбэ; Лаши, Сесилия ; Триммер, Барри (май 2013 г.). «Мягкая робототехника: биоинспирированная эволюция в робототехнике». Тенденции в биотехнологии . 31 (5): 287–294. doi :10.1016/j.tibtech.2013.03.002. PMID 23582470. S2CID 19903405.
^ Гуань, Нань; Ван, Цисинь; Ли, Шуай; Шао, Зили; Хан, Амир Хамза; Хан, Амир Хамза; Шао, Зили; Ли, Шуай; Ван, Цисинь; Гуань, Нань (март 2020 г.). «Какой вариант ПИД лучше всего подходит для пневматических мягких роботов? Экспериментальное исследование». Журнал IEEE/CAA of Automatica Sinica . 7 (2): 1–10.
^ Стасси, Стефано и др. «Гибкое тактильное зондирование на основе пьезорезистивных композитов: обзор». Датчики 14.3 (2014): 5296-5332.
^ Y. Park, B. Chen и RJ Wood, «Проектирование и изготовление мягкой искусственной кожи с использованием встроенных микроканалов и жидких проводников», в журнале IEEE Sensors Journal, т. 12, № 8, стр. 2711-2718, август 2012 г., doi: 10.1109/JSEN.2012.2200790.
^ Шосса, Жан-Батист и др. «Мягкий датчик деформации на основе ионных и металлических жидкостей». Журнал датчиков IEEE 13.9 (2013): 3405-3414.
^ Л. Семинара, Л. Пинна, М. Валле, Л. Базирико, А. Лой, П. Косседду, А. Бонфиглио, А. Асия, М. Бисо, А. Ансальдо и др., «Массивы пьезоэлектрических полимерных преобразователей для гибких тактильных ощущений». датчики», IEEE SensorsJournal, vol. 13, нет. 10, стр. 4022–4029, 2013 г.
^ Ли, Чунян и др. «Гибкие купольные и выпуклые пьезоэлектрические тактильные датчики с использованием сополимера ПВДФ-ТрФЭ». Журнал микроэлектромеханических систем 17.2 (2008): 334-341.
^ H. Wang, D. Jones, G. de Boer, J. Kow, L. Beccai, A. Alazmani и P. Culmer, «Проектирование и характеристика трехосных мягких индуктивных тактильных датчиков», IEEE Sensors Journal, т. 18, № 19, стр. 7793–7801, 2018
^ A. Frutiger, JT Muth, DM Vogt, Y. Mengüç, A. Campo, ADValentine, CJ Walsh и JA Lewis, «Емкостные датчики мягкой деформации с использованием многослойной волоконной печати», Advanced Materials, т. 27, № 15, стр. 2440–2446, 2015
^ . Ван, Д. Джонс, Г. де Бур, Дж. Коу, Л. Беккаи, А. Алазмани и П. Калмер, «Проектирование и характеристика трехосных мягких индуктивных тактильных датчиков», Журнал датчиков IEEE, т. 18, № 19, стр. 7793–7801, 2018
^ Т. Хеллебрекерс, О. Кремер и К. Маджиди, «Мягкая магнитная кожа для непрерывного измерения деформации», Advanced Intelligent Systems, т. 1, № 4, стр. 1900025, 2019
^ Чжао, Хуэйчан и др. «Оптоэлектронно иннервируемый мягкий протез руки с помощью растягиваемых оптических волноводов». Science robotics 1.1 (2016).
^ C. To, TL Hellebrekers и Y.-L. Park, «Высокоэластичные оптические датчики для измерения давления, деформации и кривизны», в 2015 г. IEEE/RSJ Международная конференция по интеллектуальным роботам и системам (IROS). IEEE, 2015, стр. 5898–5903
^ CB Teeple, KP Becker и RJ Wood, «Датчики мягкой кривизны и контактного усилия для глубоководного захвата с помощью мягких оптических волноводов», в 2018 г. Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS). IEEE, 2018, стр. 1621–1627.
^ Chossat, Jean-Baptiste; Shull, Peter B. (2021-01-01). «Мягкие акустические волноводы для измерений деформации, напряжения, локализации и кручения». Журнал датчиков IEEE . 21 (1). Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 222–230. Bibcode : 2021ISenJ..21..222C. doi : 10.1109/jsen.2020.3013067. ISSN 1530-437X. S2CID 226573305.
^ Чианкетти, Маттео; Ранзани, Томмазо; Гербони, Джада; Нанаяккара, Тришантха; Альтхефер, Каспар; Дасгупта, Прокар; Менсияси, Арианна (1 июня 2014 г.). «Технологии мягкой робототехники для устранения недостатков современной минимально инвазивной хирургии: подход STIFF-FLOP». Мягкая робототехника . 1 (2): 122–131. дои : 10.1089/соро.2014.0001. ISSN 2169-5172.
^ Уолш, Конор; Вуд, Роберт (5 августа 2016 г.). «Мягкие экзокостюмы». Институт Вайсса . Получено 27 апреля 2017 г.
^ ab Ju, Anne (12 мая 2015 г.). «Мягкий робот, который будет плавать по океанам Европы». Cornell Chronicle . Получено 23 мая 2019 г.
^ "Мягкий робот ныряет на глубину 10 км под океаном". Physics World . 23 марта 2021 г. Получено 17 апреля 2021 г.
^ Laschi, Cecilia ; Calisti, Marcello (март 2021 г.). «Мягкий робот достигает самой глубокой части океана». Nature . 591 (7848): 35–36. Bibcode :2021Natur.591...35L. doi :10.1038/d41586-021-00489-y. PMID 33658698. S2CID 232114686 . Получено 17 апреля 2021 г. .
^ «Мягкая роботизированная стрекоза сигнализирует об экологических нарушениях». Инженерная школа Дьюка Пратта . 2021-03-25 . Получено 2021-07-02 .
^ "DraBot: мягкая роботизированная стрекоза, которая чувствует и контролирует окружающую среду". Advanced Science News . 2021-03-25 . Получено 2021-07-02 .
^ Кумар, Вардхман; Ко, Унг Хён; Чжоу, Илонг; Хок, Цзяуль; Арья, Гаурав; Варгезе, Шыни (2021). «Микроинженерные материалы с функциями самовосстановления для мягкой робототехники». Advanced Intelligent Systems . 3 (7): 2100005. doi :10.1002/aisy.202100005. ISSN 2640-4567. S2CID 233683485.
^ Темминг, Мария (9 апреля 2018 г.). «Новый мягкий бот имитирует осьминогов и дюймовых червей, чтобы карабкаться по стенам». Science News . Получено 4 августа 2022 г.
^ Коннер-Саймонс, Адам (21 марта 2018 г.). «Мягкая роботизированная рыба плавает рядом с настоящей в коралловых рифах». Новости MIT .
^ Ким, Хёнсок; Чхве, Джунхва; Ким, Кюн Кю; Вон, Филлип; Хонг, Сукджун; Ко, Сын Хван (10 августа 2021 г.). «Биомиметический мягкий робот-хамелеон с искусственной криптографией и разрушительной окраской кожи». Nature Communications . 12 (1): 4658. Bibcode :2021NatCo..12.4658K. doi :10.1038/s41467-021-24916-w. ISSN 2041-1723. PMC 8355336 . PMID 34376680.
^ Мирвакили, Сейед М. (2013). Ниобиевые нанопроволочные нити и их применение в качестве искусственных мышц (MASc). Университет Британской Колумбии . hdl :2429/44257.
^ Bar-Cohen, Yoseph, ed. (2004). "EAP Applications, Potential, and Challenges". Электроактивные полимерные (EAP) актуаторы как искусственные мышцы: реальность, потенциал и вызовы (второе изд.). SPIE Digital Library. Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2014 г. Получено 24 июля 2013 г.
^ Коэн, Йозеф. "Электроактивные полимеры (ЭАП)". Caltech. Архивировано из оригинала 12 декабря 2012 года . Получено 1 января 2014 года .
^ Mirvakili, S.; et al. (2018). «Искусственные мышцы: механизмы, применение и проблемы». Advanced Materials . 30 (6): 1704407. Bibcode : 2018AdM....3004407M. doi : 10.1002/adma.201704407. PMID 29250838. S2CID 205283625.
^ Темминг, Мария (9 июня 2022 г.). «Ученые вырастили живую человеческую кожу вокруг роботизированного пальца». Science News . Получено 20 июля 2022 г.
^ Каваи, Мичио; Ние, Минхао; Ода, Харука; Моримото, Юя; Такеучи, Сёдзи (6 июля 2022 г.). «Живая кожа на роботе». Matter . 5 (7): 2190–2208. doi : 10.1016/j.matt.2022.05.019 . ISSN 2590-2393.
^ Баркер, Росс (1 июня 2022 г.). «Искусственная кожа, способная чувствовать боль, может привести к появлению нового поколения сенсорных роботов». Университет Глазго . Получено 20 июля 2022 г.
^ Лю, Фэнъюань; Десваль, Свити; Кристу, Адамос; Шоджаи Багини, Махди; Кирила, Раду; Шактивел, Дхайалан; Чакраборти, Мупали; Дахия, Равиндер (июнь 2022 г.). «Напечатанная электронная кожа на основе синаптических транзисторов, позволяющая роботам чувствовать и учиться» (PDF) . Научная робототехника . 7 (67): eabl7286. doi : 10.1126/scirobotics.abl7286. ISSN 2470-9476. PMID 35648845. S2CID 249275626.
^ Веласко, Эмили (2 июня 2022 г.). «Искусственная кожа дает роботам чувство осязания и не только». Калифорнийский технологический институт . Получено 20 июля 2022 г.
^ Ю, Ты; Ли, Цзяхун; Соломон, Сэмюэл А.; Мин, Джихун; Ту, Цзяобин; Го, Вэй; Сюй, Чанхао; Сун, Ю; Гао, Вэй (1 июня 2022 г.). «Цельнопечатный мягкий человеко-машинный интерфейс для роботизированных физико-химических измерений». Научная робототехника . 7 (67): eabn0495. doi : 10.1126/scirobotics.abn0495. ISSN 2470-9476. ПМЦ 9302713 . ПМИД 35648844.
^ Йирка, Боб (9 июня 2022 г.). «Биомиметическая эластомерная кожа робота обладает тактильными сенсорными способностями». Tech Xplore . Получено 23 июля 2022 г.
^ Park, K.; Yuk, H.; Yang, M.; Cho, J.; Lee, H.; Kim, J. (8 июня 2022 г.). «Биомиметическая эластомерная кожа робота, использующая электрический импеданс и акустическую томографию для тактильного восприятия». Science Robotics . 7 (67): eabm7187. doi :10.1126/scirobotics.abm7187. ISSN 2470-9476. PMID 35675452. S2CID 249520303.
^ abc Benight, Stephanie J.; Wang, Chao; Tok, Jeffrey BH; Bao, Zhenan (2013). «Растягивающиеся и самовосстанавливающиеся полимеры и устройства для электронной кожи». Progress in Polymer Science . 38 (12): 1961–1977. doi :10.1016/j.progpolymsci.2013.08.001.
^ Аб душ Сантос, Андрея; Фортунато, Эльвира; Мартинс, Родриго; Агуас, Хьюго; Играя, Руи (январь 2020 г.). «Механизмы трансдукции, методы микроструктурирования и применение электронных датчиков давления на кожу: обзор последних достижений». Датчики . 20 (16): 4407. Бибкод : 2020Senso..20.4407D. дои : 10.3390/s20164407 . ПМЦ 7472322 . ПМИД 32784603.
^ Chou, Ho-Hsiu; Nguyen, Amanda; Chortos, Alex; To, John WF; Lu, Chien; Mei, Jianguo; Kurosawa, Tadanori; Bae, Won-Gyu; Tok, Jeffrey B.-H. (2015-08-24). "Растягивающаяся электронная кожа, вдохновленная хамелеоном, с интерактивным изменением цвета, контролируемым тактильными ощущениями". Nature Communications . 6 : 8011. Bibcode :2015NatCo...6.8011C. doi :10.1038/ncomms9011. PMC 4560774 . PMID 26300307.
^ Хоу, Чэнъи; Хуан, Тао; Ван, Хунчжи; Ю, Хао; Чжан, Цинхун; Ли, Яоган (2013-11-05). "Прочная и растягивающаяся самовосстанавливающаяся пленка с самоактивируемой чувствительностью к давлению для потенциальных применений искусственной кожи". Scientific Reports . 3 (1): 3138. Bibcode :2013NatSR...3E3138H. doi :10.1038/srep03138. ISSN 2045-2322. PMC 3817431 . PMID 24190511.
^ ab Hammock, Mallory L.; Chortos, Alex; Tee, Benjamin C.-K.; Tok, Jeffrey B.-H.; Bao, Zhenan (2013-11-01). "Статья к 25-летию: Эволюция электронной кожи (E-Skin): краткая история, соображения по проектированию и недавний прогресс". Advanced Materials . 25 (42): 5997–6038. Bibcode : 2013AdM....25.5997H. doi : 10.1002/adma.201302240 . ISSN 1521-4095. PMID 24151185. S2CID 205250986.
^ Бауэр, Зигфрид; Бауэр-Гогонеа, Симона; Грац, Ингрид; Кальтенбруннер, Мартин; Кеплингер, Кристоф; Шведиауэр, Райнхард (01.01.2014). «Статья к 25-летию: Мягкое будущее: от роботов и сенсорной кожи до сборщиков энергии». Advanced Materials . 26 (1): 149–162. Bibcode :2014AdM....26..149B. doi :10.1002/adma.201303349. ISSN 1521-4095. PMC 4240516 . PMID 24307641.
^ Tee, Benjamin CK.; Wang, Chao; Allen, Ranulfo; Bao, Zhenan (декабрь 2012 г.). «Электрически и механически самовосстанавливающийся композит с чувствительными к давлению и сгибанию свойствами для электронных приложений кожи». Nature Nanotechnology . 7 (12): 825–832. Bibcode :2012NatNa...7..825T. doi :10.1038/nnano.2012.192. ISSN 1748-3395. PMID 23142944.
^ Цзоу, Чжаньань; Чжу, Чэнпу; Ли, Янь; Лэй, Синфэн; Чжан, Вэй; Сяо, Цзяньлян (2018-02-01). «Восстанавливаемая, полностью перерабатываемая и пластичная электронная кожа, созданная с помощью динамического ковалентного термореактивного нанокомпозита». Science Advances . 4 (2): eaaq0508. Bibcode :2018SciA....4..508Z. doi :10.1126/sciadv.aaq0508. ISSN 2375-2548. PMC 5817920 . PMID 29487912.
^ Кроуфорд, Марк (16 августа 2019 г.). «Мягкие роботы необходимы для будущих исследований космоса». Американское общество инженеров-механиков (ASME) . Получено 4 августа 2022 г.
^ ab Courtney, Thomas H. (2000). Механическое поведение материалов (2-е изд.). Бостон: McGraw Hill. ISBN0070285942. OCLC 41932585.
^ Данн, Питер (2 июня 2009 г.). «Почему пластики становятся хрупкими, когда они холодеют?». MIT School of Engineering . Получено 23.05.2019 .
^ ab "Хрупко-пластичный переход". polymerdatabase.com . Получено 2019-05-23 .
↑ Уланофф, Лэнс (7 ноября 2014 г.). «Звезда «Большого героя 6» Бэймакс был вдохновлен настоящим роботом». Mashable . Получено 20 января 2019 г. .
^ Trimboli, Brian (9 ноября 2014 г.). «Мягкая робототехника CMU вдохновила Disney на создание фильма Big Hero 6». The Tartan . Carnegie Mellon University . Получено 15 августа 2016 г.