Hvordan lage en robot Flytt, ved hjelp av Popcorn

Popcorn er en kraftig ting. Det kan ta en mikrobølgeveske fra flat til bulbous på bare noen minutter. Det er høyt nok til å skremme en hund. Og hvis du noen gang har satt for mange skudd i en komfyrpopcornkanne, har du kanskje sett en haug med kjerne sammen for å skyve lokket av og flykte over hele kjøkkenet ditt.

Vi så, vi hørte, vi luktet - og likevel forstod vi ikke fullt ut. I et nylig publisert papir, "Popcorn-Driven Robot Actuators", viser forskere fra Cornell University's Collective Embodied Intelligence Lab hvordan popcorns fremdriftsegenskaper kan brukes til mer enn snack-time glede.

Under sitt oppdrag har det ydmyke kornet hjulpet roboter til å forandre form, gripobjekter og til og med skulder moderat tunge vekter. "Popcorn virket som en dum idé først," skriver labhodet Kirstin Hagelskjær Petersen i en epost. "Men nå tror vi [det har] et løfte om ganske mange applikasjoner."

Mange av kreasjonene i Collective Embodied Intelligence Lab er inspirert av insekter, som, selv om de er små, kan oppnå mye ved å arbeide sammen i sværmer. Tidligere har Petersen og hennes laboratorium utviklet teknologi basert på termitter, edderkopper, og honningbier.

Også popcorn er liten, men mektig. Det er "et multifunksjonsmateriale som kan endre sine mekaniske egenskaper veldig raskt," forklarer Steven Ceron, doktorgradsstudent i Petersens laboratorium og papirets hovedforfatter. Dette gjør det til en god kandidat til å drive robotaktuatorer - de delene av roboter som, i stedet for å føle og svare på omgivelsene, fullfører oppgaver gjennom fysisk bevegelse. ("For å være en [full] robot, ville det trolig trenge andre deler som ikke var popcorndrevne," sier Ceron.)

"Alle popcorn fungerer på samme måte," fortsetter han. "Du oppvarmer det, og hvis det kommer til sin kritiske temperatur, går det gjennom en fysisk slash-kjemisk reaksjon." Eller, som han og hans medforfatterer legger den i selve papiret, "representerer kjernene et energibeholder som kan bli deployert i mekanisk bevegelse når det er nødvendig. "Eller med andre ord:" Det popper. "

Noen få måter som popcorn kan drive aktuatorer. Cornell University Collective Embodied Intelligence Lab

Ved å utnytte kraften til det popping, og intermeshing det skaper mellom kjerner, var Ceron og hans kolleger i stand til å bygge flere typer popcorn-drevet aktuator. I ett, er et dusin eller så uberørte kjerner plassert inne i en trådspole og omgitt av noen lag silikonrør. Spenningen påføres ledningen (sakte, "for å hindre popcorn fra å brenne", forklarer forfatterne).

Som kjernene poper, møter de mot hverandre, og får silikonrøret til å gå fra dråpe til stivt og løfte en 100 gram vekt i prosessen. I en annen maskin, beskrevet som "en trefinger myk gripper drevet av popcorn ekspansjon", gjelder de samme prinsippene, men aktuatoren er stativformet. Når popcornen dukker opp, strammer den grepet rundt en gummiboll.

Begge disse tilhører en kategori som kalles "jamming actuators", som ofte brukes til å gripe ting med ujevne former. "Slik fungerer det normalt, du har en slags pulver eller gris i en pose, og du suger ut luften med en pumpe eller kompressor," på hvilket tidspunkt grabberen stenger rundt målet sitt, sier Ceron. (Du kan se en til handling her.)

Et popcorn-origami-samarbeid løfter en kettlebell. Cornell University Collective Embodied Intelligence Lab

"Du kan oppnå det samme her med popcorn. Men i stedet for å ta med en stor pumpe eller kompressor for å suge luften, trenger du bare å ha det batteriet [for å varme det]. Du kan ha en ny klasse av jamming aktuatorer. "

For en annen type aktuator tok gruppen seg papir - i dette tilfellet en resirkulert Newman's egen økologisk popcornpose - foldet den i form av en bellows, fylte den med popcorn og limte den stengt. Da stakk de den i en mikrobølgeovn for å "oppnå ... ekspansjon", slik artikkelen setter den. Den resulterende formen holdt sin form og motstod kompresjon. "Når de har popet, knytter de sammen hverandre," sier Ceron. "De var til og med i stand til å holde opp en 9-kilo kettlebell."

I et siste forsøk laget laget en spesielt Rube Goldberg-esque contraption. Unpopped kjerne ble plassert mellom to treplater, som var festet til en gripeklo av fleksible sener. Varmluft ble blåst gjennom hull i bunnplaten til popcorn dukket opp, løftet platen og lukket klaven.

Dette er veldig gøy. Men som Ceron påpeker, har popcorn alvorlige fordeler som robotbrensel. "I dette laboratoriet søker vi alltid etter måter å produsere roboter som kan drives veldig enkelt ... med svært billige materialer," sier han. Popcorn passer til regningen: Den er lett tilgjengelig (maisoverskudd, noen?), Det er lett, og med mindre du kjøper det pre-poppet i en kino-det pleier å være ganske billig.

Den største ulempen, sier Ceron, er at dens tilstandsendring er irreversibel: du kan ikke un-pop en kjerne, så hver bevegelse kan bare skje en gang per drivstoffdose. Siden popcorn oppløses i vann, kan det være mulig å oversvømme robotens popcornkammer, vent på alt å smelte bort og strømme ut, og fyll det opp igjen. "Jeg tror det kan være neste skritt," sier Ceron.

Eller du kan alltid få noen sultne moviegoers å spise avfallet ditt. Det er noen ting som mennesker alltid vil være best på.

Gastro Obscura dekker verdens mest fantastiske mat og drikke.
Registrer deg for vår epost, levert to ganger i uken.