Scale-inspired programmable robotic structures with concurrent shape morphing and stiffness variation

变形 软机器人 张拉整体 机器人 比例(比率) 刚度 抗弯刚度 弯曲 仿生学 计算机科学 机械工程 航空航天工程 模拟 人工智能 工程类 结构工程 物理 量子力学
作者
Tianyu Chen,Xudong Yang,Bojian Zhang,Junwei Li,Jie Pan,Yifan Wang
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (92): eadl0307-eadl0307 被引量:52
标识
DOI:10.1126/scirobotics.adl0307
摘要

Biological organisms often have remarkable multifunctionality through intricate structures, such as concurrent shape morphing and stiffness variation in the octopus. Soft robots, which are inspired by natural creatures, usually require the integration of separate modules to achieve these various functions. As a result, the whole structure is cumbersome, and the control system is complex, often involving multiple control loops to finish a required task. Here, inspired by the scales that cover creatures like pangolins and fish, we developed a robotic structure that can vary its stiffness and change shape simultaneously in a highly integrated, compact body. The scale-inspired layered structure (SAILS) was enabled by the inversely designed programmable surface patterns of the scales. After fabrication, SAILS was inherently soft and flexible. When sealed in an elastic envelope and subjected to negative confining pressure, it transitioned to its designated shape and concurrently became stiff. SAILS could be actuated at frequencies as high as 5 hertz and achieved an apparent bending modulus change of up to 53 times between its soft and stiff states. We further demonstrated both the versatility of SAILS by developing a soft robot that is amphibious and adaptive and tunable landing systems for drones with the capacity to accommodate different loads.
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