EFRI C3 SoRo: Model-Based Design and Control of Power-Dense Soft Hydraulic Robots for Demanding and Uncertain Environments

EFRI C3 SoRo:针对高要求和不确定环境的功率密集型软液压机器人的基于模型的设计和控制

基本信息

  • 批准号:
    1935278
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 199.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project will create improved methods of dynamic modeling for highly deformable structures. It will show how miniature hydraulic systems can be customized for power transmission in challenging soft robotic applications, and how textiles and elastic rubbers can be combined to manufacture novel fluid-powered soft actuators. It will demonstrate the use of embedded fiber optic sensors to measure soft robot shape. These advances will be integrated into a design framework for a new class of soft robots that can safely work with and around people, and that can reconfigure themselves to adapt to a changing environment. This project will be a significant advance towards realizing the transformative potential of soft robots in healthcare, manufacturing, agriculture, exploration, environmental monitoring, and national security. Two experimental testbeds representing the diversity of applications will validate the results of the project -- a soft tentacle-like robot will perform simulated orthopedic surgery and a soft eel-like robot will demonstrate swimming and climbing for navigating and exploring challenging environments. Outreach activities at the participating universities will encourage local communities to see, touch, and learn about the most recent scientific developments in soft robotics, reaching an estimated 10,000 people annually in Nashville, Knoxville, and Tallahassee.For soft robots to fulfil their enormous promise, fundamental research is needed in modeling, sensing, actuating, and controlling soft robots that are underactuated, have infinite degrees of freedom, and are highly influenced by interaction with humans, other robots, the environment, and even themselves. The intellectual contribution of this research in modeling, estimation, and control will extend dynamic Cosserat rod theory to account for soft robot cross section deformations. In sensing, novel fiber optic shape sensor technology will reveal new fundamental knowledge of soft robot shape and interaction in real-time and without line-of-sight restrictions. In design, new manufacturing methods that use a 2D fabrication approach with multifunctional and task-specific material layers will create complex scalable 3D structures, and high power-density miniature hydraulic power systems will be developed as the future of actuation and power transmission for soft robotics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目将为高变形结构创建改进的动态建模方法。它将展示如何在具有挑战性的软机器人应用中定制微型液压系统以实现动力传输,以及如何将纺织品和弹性橡胶结合起来制造新型流体驱动的软执行器。它将演示如何使用嵌入式光纤传感器来测量软体机器人的形状。这些进步将被整合到新型软机器人的设计框架中,这些机器人可以安全地与人一起工作以及在人周围工作,并且可以重新配置自身以适应不断变化的环境。该项目将是实现软机器人在医疗保健、制造、农业、勘探、环境监测和国家安全领域变革潜力的重大进步。代表应用多样性的两个实验测试台将验证该项目的结果——一个类似触手的软机器人将执行模拟骨科手术,一个类似鳗鱼的软机器人将演示游泳和攀爬,以导航和探索具有挑战性的环境。参与大学的外展活动将鼓励当地社区观看、触摸和了解软机器人技术的最新科学发展,预计每年覆盖纳什维尔、诺克斯维尔和塔拉哈西的 10,000 人。需要对软机器人进行建模、传感、驱动和控制方面的基础研究,这些机器人是欠驱动的,具有无限的自由度,并且受到与人类、其他机器人、环境甚至自身交互的高度影响。这项研究在建模、估计和控制方面的智力贡献将扩展动态 Cosserat 杆理论来解释软机器人横截面变形。在传感领域,新型光纤形状传感器技术将实时揭示软机器人形状和交互的新基础知识,且不受视线限制。在设计中,使用具有多功能和特定任务材料层的 2D 制造方法的新制造方法将创建复杂的可扩展 3D 结构,并且高功率密度微型液压动力系统将被开发为软机器人驱动和动力传输的未来该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Task-Space Control of Continuum Robots using Underactuated Discrete Rod Models
使用欠驱动离散杆模型的连续体机器人的任务空间控制
Toward Continuum Robot Tentacles for Lung Interventions: Exploring Folding Support Disks
用于肺部干预的 Continuum 机器人触手:探索折叠支撑盘
  • DOI:
    10.1109/lra.2023.3267006
  • 发表时间:
    2023-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Margaret Rox;Daniel E. Esser;Mariana E. Smith;T. Ertop;Maxwell Emerson;Fabien Maldonado;E. Gillaspie;A. Kuntz;R. Webster
  • 通讯作者:
    R. Webster
Pacific lamprey inspired climbing
太平洋七鳃鳗启发攀岩
  • DOI:
    10.1088/1748-3190/acd671
  • 发表时间:
    2023-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Van Stratum, Brian;Shoele, Kourosh;Clark, Jonathan E.
  • 通讯作者:
    Clark, Jonathan E.
3D Printed Gerotor Pump Geometries for Soft-Robot Actuation
用于软机器人驱动的 3D 打印摆线泵几何结构
A Multimodal Climbing-Swimming Soft Robotic Lamprey
多模式攀爬游泳软体机器人七鳃鳗
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Eric Barth其他文献

A Test Set for Molecular Dynamics Algorithms
分子动力学算法测试集
  • DOI:
    10.1007/978-3-642-56080-4_4
  • 发表时间:
    2024-09-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Eric Barth;B. Leimkuhler;S. Reich
  • 通讯作者:
    S. Reich
Approach to Thermal Equilibrium in Biomolecular Simulation
生物分子模拟中的热平衡方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Eric Barth;B. Leimkuhler;C. Sweet
  • 通讯作者:
    C. Sweet
Extending the Time Scale in Atomically Detailed Simulations
扩展原子详细模拟的时间尺度
  • DOI:
    10.1002/9780470399545.ch7
  • 发表时间:
    2009-01-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Cardenas;Eric Barth
  • 通讯作者:
    Eric Barth
A separating framework for increasing the timestep in molecular dynamics
增加分子动力学时间步长的分离框架
  • DOI:
  • 发表时间:
    1997
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Eric Barth;M. Mandziuk;T. Schlick
  • 通讯作者:
    T. Schlick
Biomolecular dynamics at long timesteps: bridging the timescale gap between simulation and experimentation.
长时间步长的生物分子动力学:弥合模拟和实验之间的时间尺度差距。

Eric Barth的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Eric Barth', 18)}}的其他基金

I-Corps: 3D Printed Smart Hand Orthosis
I-Corps:3D 打印智能手部矫形器
  • 批准号:
    2120154
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SGER: Green Energy via Control-Based Design of Free-Piston Stirling Engines
SGER:通过基于控制的自由活塞斯特林发动机设计实现绿色能源
  • 批准号:
    0838874
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

胞内补体C3促进非小细胞肺癌化疗耐药的作用及其机制研究
  • 批准号:
    82373356
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目
缺血性脑卒中星形胶质细胞外泌体来源C3促进小胶质细胞钙超载引起神经炎症的机制研究
  • 批准号:
    82301460
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Cu/卟啉基自由基型共价有机框架协同串联电催化CO2还原制备C3化合物研究
  • 批准号:
    22305110
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
载脂蛋白C3通过促进铁死亡加重血管钙化的作用及机制研究
  • 批准号:
    82370454
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
C3-烷基型吡咯并吲哚生物碱的高效多样性生物合成研究
  • 批准号:
    22307069
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

EFRI C3 SoRo: 3-D surface control for object manipulation with stretchable materials
EFRI C3 SoRo:使用可拉伸材料进行物体操纵的 3D 表面控制
  • 批准号:
    1935294
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EFRI C3 SoRo: Integration of Avian Flight Control Strategies with Self Adaptive Structures for Stable Flight in Unknown Flows
EFRI C3 SoRo:将鸟类飞行控制策略与自适应结构相结合,实现未知流量中的稳定飞行
  • 批准号:
    1935216
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
EFRI C3 SoRo: Between a Soft Robot and a Hard Place: Estimation and Control Algorithms that Exploit Soft Robots' Unique Abilities
EFRI C3 SoRo:在软机器人和硬机器人之间:利用软机器人独特能力的估计和控制算法
  • 批准号:
    1935312
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EFRI C3 SoRo: Safe Medical Continuum Robots: Sensing, Control and Fabrication
EFRI C3 SoRo:安全医疗连续体机器人:传感、控制和制造
  • 批准号:
    1935329
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EFRI C3 SoRo: Overcoming Challenges in Control of Continuum Soft Robots through Data-driven Dynamic Decomposition and Light-modulated Materials
EFRI C3 SoRo:通过数据驱动的动态分解和光调制材料克服连续软体机器人控制的挑战
  • 批准号:
    1935327
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 199.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了