Robòtica
La tècnica d'impressió 3D innovadora construeix robots en un sol pas
Un equip d'enginyers de la UCLA ha desenvolupat una nova tècnica d'impressió 3D i una estratègia de disseny que permet construir robots en un sol pas.
El nou estudi, que demostra com es poden construir els robots i caminar, maniobrar i saltar es va publicar a ciència.
Procés d'impressió 3D innovador
La nova tècnica implica un procés d'impressió 3D per a materials actius dissenyats amb múltiples funcions, o "metamaterials". Permet la fabricació de tots els sistemes mecànics i electrònics necessaris per fer funcionar un robot alhora. Després que el "meta-bot" s'hagi imprès en 3D, pot dur a terme el moviment, la propulsió, la detecció i la presa de decisions.
Els materials impresos estan formats per una xarxa interna d'elements sensorials, en moviment i estructurals que es mouen per si mateixos després de ser programats. Com que aquesta xarxa interna es reuneix en un sol lloc, tot el que queda per fer és produir un únic component extern: la petita bateria per alimentar el robot.
Xiaoyu (Rayne) Zheng és l'investigador principal de l'estudi i professor associat d'enginyeria civil i ambiental, així com d'enginyeria mecànica i aeroespacial a la UCLA Samueli School of Engineering.
"Preveiem que aquesta metodologia de disseny i impressió de materials robòtics intel·ligents ajudarà a realitzar una classe de materials autònoms que podria substituir el complex procés de muntatge actual per fer un robot", va dir Zheng. "Amb moviments complexos, múltiples modes de detecció i habilitats de presa de decisions programables, tots estretament integrats, és similar a un sistema biològic amb els nervis, els ossos i els tendons treballant en conjunt per executar moviments controlats".
Aplicacions potencials
L'equip va integrar una bateria i un controlador a bord per fer robots impresos en 3D totalment autònoms. Cadascun dels robots té la mida d'una ungla i, segons Zheng, aquest nou mètode podria donar lloc a nous dissenys per a robots biomèdics. Un d'aquests robots biomèdics podria ser un robot de natació que navegui de manera autònoma a prop dels vasos sanguinis per lliurar fàrmacs als llocs objectiu del cos.
Una altra aplicació dels robots impresos en 3D és enviar-los a entorns perillosos, com ara un edifici ensorrat, on un eixam d'ells pot accedir a espais reduïts. Aquests metabots podrien avaluar els nivells d'amenaça i ajudar en els esforços de rescat.
Aquest és un gran avenç en el camp de la robòtica, ja que la majoria dels robots actuals requereixen una sèrie de passos de fabricació complexos per construir-los. Aquest procés dóna lloc a robots més pesats, més voluminosos i més febles.
Per desenvolupar el nou mètode, l'equip es va basar en una classe de materials de gelosia complexos que canvien de forma i direcció en resposta a un camp elèctric. També poden crear una càrrega elèctrica com a resultat de forces físiques.
Desenvolupament de nous materials robòtics
Els materials robòtics desenvolupats per l'equip només tenen la mida d'un cèntim i consisteixen en elements estructurals que els ajuden a doblegar-se, torçar-se, expandir-se, contraure's o girar a gran velocitat.
A més de tot això, l'equip va llançar una metodologia que es pot utilitzar per dissenyar els materials robòtics, permetent als usuaris crear els seus propis models.
Hauchen Cui és l'autor principal de l'estudi i un investigador postdoctoral de la UCLA al laboratori de fabricació additiva i metamaterials de Zheng.
"Això permet que els elements d'accionament es disposen amb precisió al llarg del robot per a moviments ràpids, complexos i extensos en diversos tipus de terreny", va dir Cui. "Amb l'efecte piezoelèctric bidireccional, els materials robòtics també poden detectar les seves contorsions, detectar obstacles mitjançant ecos i emissions d'ultrasons, així com respondre a estímuls externs mitjançant un bucle de control de retroalimentació que determina com es mouen els robots, la rapidesa amb què es mouen. es mouen i cap a quin objectiu es mouen".
L'equip va utilitzar el mètode per crear tres meta-bots diferents que demostressin capacitats diferents:
- Meta-bot que navega per cantonades en forma de S i obstacles col·locats aleatòriament
- Meta-bot que pot escapar en resposta a un impacte de contacte
- Meta-bot que camina per terreny accidentat i fa petits salts
Aquesta nova tècnica d'impressió 3D jugarà un paper important en el camp de la robòtica, ajudant a fer que la construcció d'aquests robots sigui molt més eficient.
Aquesta investigació innovadora també va incloure els autors Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu i Haotian Lu, que són estudiants de postgrau; Ariel Calderón, becària postdoctoral; Zhen Wang, associat d'enginyeria de desenvolupament; Sheyda Davaria, investigadora associada a Virginia Tech; Patrick Mercier, professor associat d'enginyeria elèctrica i informàtica a la UC San Diego; i Pablo Tarazaga, professor d'enginyeria mecànica a la Texas A&M University.
