Soft robotics has the potential to revolutionize robotic locomotion, in particular, soft robotic swimmers offer a minimally invasive and adaptive solution to explore and preserve our oceans. Unfortunately, current soft robotic swimmers are vastly inferior to evolved biological swimmers, especially in terms of controllability, efficiency, maneuverability, and longevity. Additionally, the tedious iterative fabrication and empirical testing required to design soft robots has hindered their optimization. In this work, we tackle this challenge by providing an efficient and straightforward pipeline for designing and fabricating soft robotic swimmers equipped with electrostatic actuation. We streamline the process to allow for rapid additive manufacturing, and show how a differentiable simulation can be used to match a simplified model to the real deformation of a robotic swimmer. We perform several experiments with the fabricated swimmer by varying the voltage and actuation frequency of the swimmer's antagonistic muscles. We show how the voltage and frequency vary the locomotion speed of the swimmer while moving in liquid oil and observe a clear optimum in forward swimming speed. The differentiable simulation model we propose has various downstream applications, such as control and shape optimization of the swimmer; optimization results can be directly mapped back to the real robot through our sim-to-real matching.


翻译:软体机器人有可能革命机器人运动,特别是软体机器人游泳运动员为探索和保护海洋提供了极小的侵入性和适应性解决方案。 不幸的是,目前的软体机器人游泳运动员远不如进化的生物游泳运动员,特别是在控制能力、效率、可操作性和寿命方面。此外,设计软体机器人所需的乏味迭代造和实验试验阻碍了它们的最佳利用。在这项工作中,我们通过提供高效和直截了当的管道来应对这一挑战,用于设计和制造装有静电动力的软体机器人游泳运动员。我们简化程序,允许快速添加制造,并展示如何使用一种不同的模拟模型来匹配机械游泳运动员的真正变形的简化模型。我们通过改变游泳者敌性肌肉的电压频率和触动频率,对造游泳者进行数个实验。我们建议的各种机动性和频率可以改变游泳机的回流速速度,同时移动液油,并观察一个明显的前游泳速度。不同的模拟模型可以用来匹配一个简化模型,我们提议通过移动式的模型进行各种下游操作,从而进行真正的最优化。

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