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Enregistrement W7084266593

A SYSTEMATIC METHODOLOGY TO DESIGN SOFT MACHINES BASED ON TOPOLOGY OPTIMIZATION

2025· article· en· W7084266593 sur OpenAlexfundno aff

Notice bibliographique

RevueUniversity Library (University of Saskatchewan) · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueVibrio bacteria research studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésSoft roboticsActuatorMotor soft starterBellowsSoft materialsTerminologyDesign methodsRobotSoft computing
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Soft systems, defined by their soft bodies and ability to undergo large deformations, offer advantages in adaptability, safety, and resilience compared to their rigid counterparts. In this dissertation the term soft machine is used in the title to reflect the broader category of soft-bodied systems. However, the term soft robot is employed throughout the text to remain consistent with common terminology in the field. In most soft robots, the body and actuator are inherently integrated, often forming a single deformable system. A major challenge in the design of such soft systems is the absence of a systematic, principle-based methodology that considers the predefined design requirements. Current designs are often driven by biological inspiration and personal intuition, rather than structured approaches grounded in physics and engineering. This dissertation addresses the identified knowledge gaps by proposing a top-down, principle-based design methodology for soft systems. The methodology begins by translating customer needs into a technical specification of design requirements and then proceeds through a structured sequence of concept design, embodiment design, and detailed design. It leverages common soft building blocks, such as bellows and air chambers, and incorporates a nonlinear finite element method (FEM) framework capable of creating mathematical models and capturing large deformations. Genetic algorithm, as an evolutionary algorithm, is employed to automate design exploration and optimize the topology and actuation of soft system. The developed methodology is applied to design a soft finger for a gripping application, achieving 5 cm of tip deformation using soft components. Bellows and air chambers serve as the fundamental building blocks in the design. Verification is conducted through both numerical simulations using commercial FEM software (ANSYS) and experimental testing via physical prototyping. In a verification case involving five bellows, the proposed method demonstrated small relative error compared to ANSYS simulations. In the case study, measurements from the physical prototype demonstrated strong agreement between the experimental and simulation results. The methodology also automates the identification of active versus passive actuation states, reducing the reliance on designer intuition during the concept design phase. A key conclusion is that the proposed methodology enables systematic, principle-based design of soft robots, moving beyond the bio-mimicking approaches. By representing the underlying principles of biological organisms through engineering building blocks, the methodology facilitates their integration into a general, rational, and structured design process. Furthermore, the case study confirms the feasibility, functionality, and accuracy of the proposed approach in designing real-world soft systems. This dissertation contributes to the field of soft robotics by providing a comprehensive design framework that begins with the specification of design requirements and supports a logical and methodical development process. It is also worth noting that the proposed methodology has the potential to complement and integrate existing biomimetic design approaches found in the literature.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,002
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,015
Tête enseignante GPT0,226
Écart entre enseignants0,210 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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