Piezo-Wormbots for Continuous Crawling

爬行 执行机构 软机器人 弯曲 机器人 外骨骼 声学 机器人学 仿生学 工程类 计算机科学 机械工程 材料科学 模拟 人工智能 结构工程 物理 医学 解剖
作者
Pengcheng Jiao,Hao Zhang,Luqin Hong,Yang Yang,Wentao Li
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:11 (2): 260-269 被引量:9
标识
DOI:10.1089/soro.2023.0023
摘要

Biomimetic soft robots are typically made of soft materials with bioinspired configurations. However, their locomotion is activated and manipulated by externally controlled soft actuators. In this study, piezo-wormbots were developed by automatically triggering the mechanical metamaterial-inspired soft actuator to mimic the continuous crawling of inchworms without manipulation, where crawling was controlled by the deformation of the piezo-wormbots themselves. We designed the flexible piezo-wormbots with an actuator to generate bending deformation under continuous inflation, piezoelectric rubber to automatically create internal excitation voltage to trigger deflation, as well as true legs and prolegs to convert the bending–recovering sequence into continuous crawling. We tailored the actuator to enhance the crawling performance and found that the response was critically affected by the leg pattern, inflation-to-deflation time duration ratio, air pressure, and ground environment. We observed satisfactory locomotion performance for the following tasks (pushing boxes and approaching a predefined target) through accurate self-actuated crawling under up to 51 continuous bending cycles. The maximum crawling velocity of the piezo-wormbots was found to be 16.6 mm/s, resulting in a maximum body length per second (BL/s) of 0.13, which is comparable to those of most natural inchworms (0.1–0.3 BL/s). This study offers new insight into bioinspired soft robotics and expands its biomimetic performance to continuously autonomous locomotion.
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