Soft robots have a myriad of potentials because of their intrinsically compliant bodies, enabling safe interactions with humans and adaptability to unpredictable environments. However, most of them have limited actuation speeds, require complex control systems, and lack sensing capabilities. To address these challenges, here we geometrically design a class of metacaps whose rich nonlinear mechanical behaviors can be harnessed to create soft robots with unprecedented functionalities. Specifically, we demonstrate a sensor-less metacap gripper that can grasp objects in 3.75 ms upon physical contact and a pneumatically actuated gripper with tunable actuation behaviors that have little dependence on the rate of input. Both grippers can be readily integrated into a robotic platform for practical applications. Furthermore, we demonstrate that the metacap enables propelling of a swimming robot, exhibiting amplified swimming speed as well as untethered, electronics-free swimming with tunable speeds. Our metacaps provide new strategies to design the next-generation soft robots that require high transient output energy and are capable of autonomous and electronics-free maneuvering.


翻译:软体机器人具有各种潜力,因为它们具有内在的兼容性,能够与人类安全互动,适应不可预测的环境。然而,大多数机器人的起动速度有限,需要复杂的控制系统,而且缺乏感应能力。为了应对这些挑战,我们从几何角度设计出一类超大盖,其丰富的非线性机械行为可以用来制造具有前所未有的功能的软体机器人。具体地说,我们展示了一种无传感器的顶部抓抓强器,能够在身体接触时在3.75米的范围内捕捉物体,并且能够以空气方式抓强对投入速度几乎没有依赖的金枪鱼可动动行为。两种握强器都可以很容易地融入机器人平台,以便实际应用。此外,我们展示了这种超能力能够驱动游泳机器人,展示了增速的游泳速度,以及无节奏的、无电子的游泳速度。我们的顶部为设计下一代软体机器人提供了新策略,这些机器人需要高的中转输出能量,并且能够自主和无电子的操纵。

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