Robot mềm sử dụng chất liệu đàn hồi, linh hoạt thay vì vật liệu cứng nhắc truyền thống. Chúng có khả năng thích ứng với môi trường phức tạp, thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi sự khéo léo và tương tác an toàn với con người. Soft Robotics, lĩnh vực nghiên cứu và phát triển robot mềm, đang thu hút sự chú ý lớn với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y tế, công nghiệp và cuộc sống hàng ngày.
Cơ cấu chấp hành bằng chất lỏng mềm, bao gồm ma trận đàn hồi với các vật liệu linh hoạt được nhúng bên trong (ví dụ: vải, giấy, sợi, hạt), đặc biệt được quan tâm trong cộng đồng robot học do trọng lượng nhẹ, giá cả phải chăng và dễ dàng tùy chỉnh cho một ứng dụng nhất định. Các cơ cấu chấp hành này có thể được chế tạo nhanh chóng trong quy trình đúc nhiều bước và có thể đạt được sự kết hợp của co, duỗi, uốn và xoắn với các đầu vào điều khiển đơn giản như chất lỏng điều áp. Phương pháp của chúng tôi là sử dụng các khái niệm thiết kế, phương pháp chế tạo và vật liệu mềm mới để cải thiện hiệu suất của các cơ cấu chấp hành này so với các thiết kế hiện có. Đặc biệt, chúng tôi sử dụng các ứng dụng thúc đẩy (ví dụ: thiết bị hỗ trợ tim, găng tay robot mềm) để xác định các yêu cầu về cấu hình chuyển động và lực. Sau đó, chúng tôi có thể nhúng trí thông minh cơ học vào các cơ cấu chấp hành mềm này để đạt được các yêu cầu về hiệu suất này với các đầu vào điều khiển đơn giản.
Việc mô tả và dự đoán hành vi của các cơ cấu chấp hành đa vật liệu mềm rất khó khăn do tính chất phi tuyến của cả vật liệu siêu đàn hồi và chuyển động uốn lớn mà chúng tạo ra. Chúng tôi đang nỗ lực mô tả toàn diện nguyên lý hoạt động của các cơ cấu chấp hành này thông qua các phương pháp phân tích, số và thực nghiệm và mô tả đặc tính đầu ra của chúng (chuyển động và lực) như một hàm của áp suất đầu vào cũng như các thông số hình học và vật liệu. Cả mô hình và thí nghiệm đều cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi của cơ cấu chấp hành và các thông số thiết kế ảnh hưởng đến nó. Chúng tôi hình dung công việc này sẽ dẫn đến các mô hình dự đoán được cải thiện, cho phép chúng tôi nhanh chóng hội tụ vào các ứng dụng mới và sáng tạo của các cơ cấu chấp hành mềm này.
Để điều khiển các cơ cấu chấp hành mềm, chúng ta cần phương tiện theo dõi động học của chúng, lực tương tác với các vật thể trong môi trường và áp suất bên trong. Chúng tôi thực hiện điều này thông qua việc sử dụng các cảm biến hoàn toàn mềm, được phát triển với các cộng tác viên, và các cảm biến thu nhỏ hoặc linh hoạt có thể được tích hợp vào thiết kế cơ cấu chấp hành trong quá trình sản xuất. Đối với nguồn điện và điều khiển, chúng tôi sử dụng các thành phần có sẵn như van điện tử, bơm, bộ điều chỉnh, cảm biến và bảng điều khiển, v.v. để điều chỉnh nhanh chóng áp suất bên trong các buồng của cơ cấu chấp hành bằng cách sử dụng điều khiển phản hồi về áp suất, chuyển động và lực. Ngoài ra, chúng tôi có thể sử dụng các mô hình phân tích mà chúng tôi phát triển để ước tính các biến trạng thái có thể khó đo trực tiếp.
Ứng dụng của soft robotics trong lĩnh vực y tế đang được phát triển mạnh mẽ. Một ví dụ điển hình là việc chế tạo găng tay robot mềm hỗ trợ phục hồi chức năng cho bệnh nhân đột quỵ. Thiết bị này giúp người bệnh thực hiện các bài tập vận động, cải thiện khả năng cầm nắm và tăng cường sức mạnh cho bàn tay.
Một ứng dụng tiềm năng khác của soft robotics là trong việc hỗ trợ điều trị suy tim. Các nhà nghiên cứu đang phát triển thiết bị hỗ trợ tim không tiếp xúc trực tiếp với máu, sử dụng cơ cấu chấp hành mềm để tạo ra áp lực lên tim, hỗ trợ quá trình bơm máu.
