الروبوتات
تقنية طابعة ثلاثية الأبعاد كاسحة تُنشئ روبوتات في خطوة واحدة
قام فريق من المهندسين في جامعة كاليفورنيا ب開発 تقنية طابعة ثلاثية الأبعاد جديدة وстрatégية تصميم تُمكِّن من بناء الروبوتات في خطوة واحدة.
نُشرت الدراسة الجديدة، التي تُظهر كيف يمكن بناء الروبوتات وسيرها وتوجيهها وقفزها، في Science.
عملية الطابعة ثلاثية الأبعاد الكاسحة
تتضمن التقنية الجديدة عملية طابعة ثلاثية الأبعاد للمواد الفعالة المصممة مع وظائف متعددة، أو “المواد المتحولة”. تُمكِّن من تصنيع جميع الأنظمة الميكانيكية والإلكترونية المطلوبة لتشغيل روبوت في وقت واحد. بعد طابعة “ميتا-بوت”، يمكنه تنفيذ الحركة والدفع والكشف واتخاذ القرارات.
تتكون المواد المطبوعة من شبكة داخلية من العناصر الحسية والمتحركة والهيكلية التي تتحرك بمفردها بعد البرمجة. نظرًا لأن هذه الشبكة الداخلية تُجمع في مكان واحد، فكل ما يتعين القيام به هو إنتاج مكون خارجي واحد – البطارية الصغيرة لتزويد الروبوت بالطاقة.
Xiaoyu (Rayne) Zheng هو الباحث الرئيسي في الدراسة وأستاذ مساعد في الهندسة المدنية والبيئية، وكذلك الهندسة الميكانيكية والفضائية في مدرسة الهندسة UCLA Samueli.
“نتخيل أن هذه التصميم وطريقة الطابعة للمواد الروبوتية الذكية سوف تساعد على تحقيق فئة من المواد المستقلة التي يمكن أن تحل محل عملية التجميع المعقدة الحالية لصنع روبوت،” قال Zheng. “مع الحركات المعقدة، وعدة طرق للكشف والقدرة على اتخاذ القرارات البرمجية جميعها متكاملة بشكل متين، فهي تشبه النظام البيولوجي مع الأعصاب والعظام والأوتار التي تعمل معًا لتنفيذ الحركات المراقبة.”
التطبيقات المحتملة
دمج الفريق بطارية ومتحكم على متن الطائرة لإنشاء روبوتات مطبوعة ثلاثية الأبعاد مستقلة تمامًا. كل واحد من الروبوتات بحجم ظفر الإصبع، ووفقًا ل郑، يمكن أن تؤدي هذه الطريقة الجديدة إلى تصاميم جديدة للروبوتات البيولوجية. يمكن أن يكون أحد الروبوتات البيولوجية روبوتًا يسبح يتحرك بشكل مستقل بالقرب من الأوعية الدموية لتسليم الأدوية في المواقع المستهدفة في الجسم.
تطبيق آخر للروبوتات المطبوعة ثلاثية الأبعاد هو إرسالها إلى البيئات الخطرة، مثل المبنى المتهاوي، حيث يمكن لسرب منهم الوصول إلى الفراغات الضيقة. يمكن أن تقييم هذه الميتا-البوتات مستويات التهديد وتساعد في جهود الإنقاذ.
هذه هي اختراق كبير في مجال الروبوتات منذ أن تتطلب معظم الروبوتات الحالية سلسلة من الخطوات التصنيعية المعقدة لبنائها. يؤدي هذا إلى روبوتات أثقل وأكبر وأضعف.
لتنمية الطريقة الجديدة، اعتمد الفريق على فئة من المواد الشبكية المعقدة التي تتغير الشكل والاتجاه استجابة لحقل كهربائي. كما يمكنهم إنشاء شحنة كهربائية نتيجة للقوى المادية.
تطوير مواد روبوتية جديدة
المواد الروبوتية التي طورها الفريق بحجم الپيني ويتكون من عناصر هيكلية تساعده على الانحناء واللف والتمدد والانكماش أو الدوران بسرعات عالية.
على رأس كل هذا، أصدر الفريق منهجية يمكن استخدامها لتصميم المواد الروبوتية، مما يُمكِّن المستخدمين من إنشاء نماذجهم الخاصة.
Hauchen Cui هو مؤلف الدراسة الرئيسي وباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر Xiaoyu (Rayne) Zheng لتصنيع الإضافات والمواد المتحولة.
“هذا يسمح بعناصر التأثير بالترتيب بدقة في جميع أنحاء الروبوت من أجل الحركات السريعة والمعقدة والممتدة على أنواع مختلفة من التضاريس،” قال Cui. “مع التأثير الكهربائي المزدوج، يمكن للمواد الروبوتية أيضًا الكشف عن انحناءاتها، اكتشاف الحواجز عبر الأصداء والانبعاثات فوق الصوتية، وكذلك الاستجابة للتحفيزات الخارجية من خلال حلقة تحكم مُرتدة تحدد كيف تتحرك الروبوتات، وكيف تتحرك بسرعة، ونحو أي هدف تتحرك.”
استخدم الفريق هذه الطريقة لبناء ثلاثة ميتا-بوتات مختلفة تُظهر قدرات مختلفة:
- ميتا-بوت يتحرك حول زوايا على شكل S والحواجز الموضوعة عشوائيًا
- ميتا-بوت يمكنه الهروب استجابة للاصطدام بالاتصال
- ميتا-بوت يمكنه المشي على تضاريس خشنه وتنفيذ قفزات صغيرة
ستلعب هذه التقنية الجديدة لطابعة ثلاثية الأبعاد دورًا كبيرًا في مجال الروبوتات، مما يساعد على جعل بناء مثل هذه الروبوتات أكثر كفاءة.
تضمنت هذه الأبحاث الكاسحة أيضًا مؤلفين هم Desheng Yao و Ryan Hensleigh و Zhenpeng Xu و Haotian Lu، وهم طلاب دراسات عليا؛ Ariel Calderon، باحث ما بعد الدكتوراه؛ Zhen Wang، مساعد تطوير هندسي؛ Sheyda Davaria، مساعد أبحاث في Virginia Tech؛ Patrick Mercier، أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية والحاسوب في UC San Diego؛ و Pablo Tarazaga، أستاذ في الهندسة الميكانيكية في Texas A&M University.
