Гонконгські та американські інженери розробили нову конструкцію актуатора для гідравлічних і пневматичних роботів. Вона складається з трубки, яка скручується невеликим мотором, скорочується і виштовхує плинне середовище. Актуатор з такою конструкцією автономний і не вимагає підключення до великого зовнішнього насосу, але при цьому досить сильний, щоб його можна було використовувати на практиці: роборука на таких актуаторах змогла схопити і підняти пляшку з водою, а також зіграти на піаніно. Стаття опублікована в журналі.
У багатьох дослідницьких проектах з робототехніки використовуються пневматичні актуатори: вони дозволяють значно спростити конструкцію. Наприклад, широко поширена конструкція роборуки, в якій кожен палець складається з єдиної порожнини з виступами. При подачі повітря в палець ці виступи надуваються і змушують палець згинатися. Крім того, частини конструкції, що надуваються, використовуються майже у всіх м'яких роботах.
Але майже у всіх цих проектах для створення тиску в камерах використовується великий зовнішній насос. Є окремі винятки, наприклад, перший повністю м'який робот з пероксидом водню, що розкладається, і мікрофлюїдною логічною схемою або компактний насос, що прискорює рідину за допомогою електричного поля, але вони розраховані на невелику силу. Інженери під керівництвом Юньцюаня Лі (Yunquan Li) з Університету Гонконгу розробили конструкцію актуатора, яка дозволяє створювати великий тиск при невеликому електромоторі, який легко можна розмістити на самому роботі.
Основна частина актуатора складається з гнучкої полімерної трубки, всередині якої знаходиться плинне середовище - рідина або газ. З одного боку трубка замкнута і прикріплена до електромотору, а з іншого відкрита і через прикріплене до неї кільце-адаптер підключена до іншої судини - їм може бути будь-яка інша конструкція, що приводиться в рух за допомогою тиску.
Актуатор працює завдяки тому, що електромотор може скручувати трубку за рахунок свого обертання. Це призводить до того, що трубка зменшується в довжину, а рідина або газ виштовхуються з її відкритого кінця в іншу посудину.
Інженери вирішили продемонструвати актуатори у справі за допомогою роборуки, яка, як і людська, складається з двох основних сегментів і пензля з п'ятьма пальцями. На плечовому сегменті встановлено гібридний актуатор зі скручуваної трубки і повітряних м'язів. Ці м'язи складаються з надувної полімерної посудини, обернутої в оплетку. При подачі повітря вони збільшуються в ширину, але це змушує нитки обмотки міняти кут, тому м'яз одночасно з цим зменшується в довжину. Об'єднання двох актуаторів дозволило досягти досить високого зусилля при скороченні при використанні води - 110 ньютонів, а ось при використанні повітря зусилля було менше. Співвідношення зусилля до ваги у цього актуатора становить 45,83.
У передплічному сегменті використовуються два з'єднаних між собою скручуваних актуатора з закріпленим між ними поворотним механізмом. При різниці тисків механізм повертається в бік того актуатора, де тиск менше, а кисть піднімається або опускається. В якості пальців використовується стандартна конструкція з трубкою, яка з одного боку обмежена слабо розтягуваним матеріалом. Через це при подачі повітря розтягуються всі частини крім цієї, і палець згинається. Тиск у пальцях також нагнітається за допомогою актуаторів, що скручуються, але розташовані в підставі руки і пов'язані за допомогою трубок.
Інженери зібрали всі елементи в єдину роборуку і показали її можливості на практиці, приєднавши її до костюму панди: рука змогла схопити і підняти невелику пляшку з водою, а також зіграти просту мелодію на піаніно, по черзі натискаючи на клавіші різними пальцями. Автори відзначають, що рука рухається не дуже плавно, тому вони вже почали працювати над наступною версією, в якому вони планують оптимізувати конструкцію руки, а також додати сенсори, щоб рука могла відстежувати реальне положення всіх своїх сегментів.
Крім пневматичних і гідравлічних роботів існують також тросові, в яких натягнення тросів викликає вигин конструкцій. Торік британські інженери розробили конструкцію, яка дозволяє таким роботам згинатися в дві сторони, але при цьому чинити опір крученню.