Wir haben gesehen, wir haben gehört, wir haben gerochen - und doch haben wir nicht ganz verstanden. In einem kürzlich veröffentlichten Artikel mit dem Titel "Popcorn-Driven Robot Actuators" zeigen Forscher des Collective verkörperten Intelligence Lab der Cornell University, wie Popcorns propulsive Eigenschaften für mehr als nur eine Zwischenmahlzeit genutzt werden können.
Unter ihrer Aufsicht hat das bescheidene Korn Robotern geholfen, ihre Form zu verändern, Gegenstände zu greifen und sogar mäßig schwere Gewichte zu tragen. "Popcorn war auf den ersten Blick wie eine dumme Idee", schreibt Laborleiter Kirstin Hagelskjær Petersen in einer E-Mail. "Aber jetzt glauben wir, dass es für einige Anwendungen ein echtes Versprechen gibt."
Viele der Kreationen des Collective Verkündeten Intelligenzlabors sind von Insekten inspiriert, die, obwohl sie klein sind, durch die Zusammenarbeit in Schwärmen viel erreichen können. In der Vergangenheit haben Petersen und ihr Labor eine Technologie entwickelt, die auf Termiten, Spinnen, basiert, und Honigbienen.
Popcorn ist auch klein, aber mächtig. Es ist "ein multifunktionales Material, das seine mechanischen Eigenschaften sehr schnell ändern kann", erklärt Steven Ceron, Doktorand in Petersens Labor und der Hauptautor der Zeitung. Dies macht es zu einem großartigen Kandidaten für den Antrieb von Roboteraktuatoren - den Teilen von Robotern, die ihre Umgebung wahrnehmen und nicht auf sie reagieren, sondern ihre Aufgaben durch körperliche Bewegung erledigen. ("Um ein [voller] Roboter zu sein, würde er wahrscheinlich andere Teile benötigen, die nicht mit Popcorn angetrieben wurden", sagt Ceron.)
"Alles Popcorn funktioniert auf die gleiche Weise", fährt er fort. "Sie heizen es auf, und wenn es seine kritische Temperatur erreicht, durchläuft es eine physikalisch-chemische Reaktion." Oder wie er und seine Mitautoren es in der Zeitung selbst formulieren: "Die Kerne stellen ein Energiespeicher dar, der dies kann wenn nötig in mechanische Bewegung versetzt werden. “Oder mit anderen Worten:„ Es knallt. “
Einige Möglichkeiten, wie Popcorn Aktuatoren antreiben kann. Cornell University Collective verkörperte Intelligence LabCeron und seine Kollegen nutzten die Kraft dieses Poppens und die damit verbundene Verzahnung zwischen den Kernen und konnten so verschiedene Arten von Popcorn-Antrieben bauen. In einem werden etwa ein Dutzend ungepackter Körner in eine Drahtspule eingebracht und von einigen Lagen Silikonschlauch umgeben. Spannung wird an den Draht angelegt (langsam, "um das Popcorn vor dem Verbrennen zu bewahren", erklären die Autoren).
Wenn die Kerne knallen, drängen sie sich gegeneinander, wodurch der Silikonschlauch von schlaff nach starr wird und dabei ein Gewicht von 100 Gramm hebt. Bei einer anderen Maschine, die als "Drei-Finger-Softgreifer mit Popcorn-Expansion" beschrieben wird, gelten die gleichen Prinzipien, aber der Aktuator ist tripodförmig. Während das Popcorn knallt, festigt es seinen Griff um eine Gummikugel.
Beide gehören zu einer Kategorie, die als "Jamming-Aktuatoren" bezeichnet wird und üblicherweise zum Ergreifen von Gegenständen mit nicht einheitlichen Formen verwendet wird. "Normalerweise funktioniert das so, dass Sie eine Art Pulver oder Splitt in einer Tasche haben und die Luft mit einer Pumpe oder einem Kompressor ansaugen." Dann schließt sich der Greifer um sein Ziel, sagt Ceron. (Hier sehen Sie eine in Aktion.)
Eine Popcorn-Origami-Kollaboration hebt eine Kettlebell. Cornell University Collective verkörperte Intelligence Lab„Mit dem Popcorn können Sie hier dasselbe erreichen. Anstatt eine sperrige Pumpe oder einen Kompressor einzubauen, um die Luft abzusaugen, müssten Sie nur diese Batterie haben, um sie zu heizen. Sie könnten eine neue Klasse von Störaktuatoren haben. “
Für eine andere Art von Aktuator nahm die Gruppe Papier - in diesem Fall ein recyceltes Newman's Organic Popcorn -, faltete es in die Form eines Faltenbalgs, füllte es mit Popcorn und verklebte es. Dann steckten sie es in die Mikrowelle, um "Expansion" zu erreichen, wie es im Artikel heißt. Die resultierende Form behielt ihre Form und widerstand der Kompression. "Sobald sie knallen, greifen sie ineinander", sagt Ceron. "Sie waren sogar in der Lage, eine 9-Pfund-Kettlebell hochzuhalten."
In einem abschließenden Experiment stellte das Team eine besonders von Rube Goldberg ähnliche Einrichtung her. Zwischen zwei Holzplatten, die mit flexiblen Spanngliedern an einer Greifklaue befestigt waren, wurden nicht aufgeplatzte Kerne angeordnet. Heiße Luft wurde durch Löcher in der Bodenplatte geblasen, bis das Popcorn knallte, die Platte anhob und die Klaue schloss.
Das macht alles sehr viel Spaß. Aber wie Ceron betont, hat Popcorn als Roboterkraftstoff gravierende Vorteile. „In diesem Labor suchen wir immer nach Wegen, um Roboter herzustellen, die sehr einfach angetrieben werden können… mit sehr billigen Materialien“, sagt er. Popcorn macht's möglich: Es ist leicht zugänglich (Maisüberschuss, irgendjemand?), Es ist leicht und wenn Sie es nicht im Kino kaufen, ist es recht günstig.
Der Hauptnachteil, sagt Ceron, ist, dass der Statuswechsel nicht rückgängig gemacht werden kann: Sie können keinen Kernel entpacken, sodass jede Bewegung nur einmal pro Treibstoffdosis erfolgen kann. Da sich Popcorn in Wasser auflöst, kann es möglich sein, die Popcornkammer des Roboters zu überfluten, darauf zu warten, dass alles wegschmilzt und herausfließt, und dann wieder aufzufüllen. "Ich denke, das könnte der nächste Schritt sein", sagt Ceron.
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