烏龜是一種古老的生物,其起源可以追溯到史前時期,從古至今,它們都是透過爬行在陸地上移動。 做為受烏龜啟發而誕生的行走機器人,BionicTurtleWalker 同樣以爬行做為移動方式。 這款機器人採用 3D 列印技術,整體由一種材料製造而成。由於使用氣動邏輯模組,因此不需要任何電子元件、電池和齒輪。
烏龜在陸地上以對角步行方式向前移動。 BionicTurtleWalker 與之類似,充入壓縮空氣後,同時下壓其對角位置的腿部,達到向前移動的目的 — 就像它的自然模型一樣。 BionicTurtleWalker 的核心零件是一個氣動邏輯模組,由來自 Freiburg 大學的卓越團隊「生物性、自適應和能源自給自足的材料系統 (livMatS)」開發。
仿生龜的這個「控制中心」負責完成氣動系統中通常由閥和電氣控制系統執行的任務。 它不但能精確控制四條腿的運動,而且只需透過一根氣管連接外部就能供應壓縮空氣。
與傳統系統相比,氣動邏輯模組具有多項優勢。 它由兩個閥室構成,可以進行布林運算。
此外,設計結構決定了氣動邏輯模組可以直接使用彈性材料進行積層製造,並在低氣動壓力下運作,藉此顯著降低生產成本、系統複雜性和運作成本。
Freiburg 大學 livMatS 卓越團隊 Falk Tauber 博士
從外殼到氣動邏輯模組,再到腿部,BionicTurtleWalker 的全部零件都由熱塑性聚氨酯 (TPU) 材料經 3D 列印製造而成。 這種材料集橡膠與塑膠特性於一身, 既靈活多變,又堅固耐用。 因此,邏輯模組的最大表面負載能力高達 900 kg。
這項特性確保邏輯模組在變形後可以恢復原狀。 在循環經濟方面,熱塑性聚氨酯亦表現優異,因為可以熔化後重新利用。
由 TPU 材料製成的氣動技術邏輯模組,也適用於人類與機器人直接協作的應用。 透過將多個模組組合在一起,可以製造出有任意自由度的氣動軟體機器人的氣動控制元件。
如此一來,就可在眾多應用領域大展身手。 例如,只用一個模組就能控制氣動夾爪開合。 如果應用較為複雜,可以將多個模組組合起來,做為一個整體進行生產,或者直接整合到軟體機器人內。
Sebastian Schrof,Festo 仿生學團隊設計師
BionicTurtleWalker 是 Festo 100 年慶典活動中百年紀念展覽主題 Incredible Machine的一部分。 它根據魯布・戈德堡機械原理工作,用一個脈衝觸發下一個脈衝。 Incredible Machine 展示自動化技術從古至今的發展歷程,展現 Festo 多元化的技術實力與全面的專業能力。