Ρομποτική και φυσική AI
Νέα Τεχνολογία Εκτύπωσης 3D: Ρομποτικά Συστήματα σε Ένα Βήμα
Προσθέστε το Unite.AI στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Μια ομάδα μηχανικών στο UCLA έχει αναπτύξει μια νέα τεχνική εκτύπωσης 3D και στρατηγική σχεδιασμού που επιτρέπει την κατασκευή ρομποτικών συστημάτων σε ένα seul βήμα.
Η νέα μελέτη, η οποία δείχνει πώς τα ρομποτικά συστήματα μπορούν να κατασκευαστούν και να κινούνται, να манιπουλάρουν και να πηδούν, δημοσιεύθηκε στο Science.
Επανάσταση στην Εκτύπωση 3D
Η νέα τεχνική περιλαμβάνει μια διαδικασία εκτύπωσης 3D για μηχανικά υλικά με πολλαπλά χαρακτηριστικά, ή «μετα-υλικά». Επιτρέπει την κατασκευή ολόκληρου του μηχανικού και ηλεκτρονικού συστήματος που απαιτείται για τη λειτουργία ενός ρομποτικού συστήματος σε ένα seul βήμα. Μετά την εκτύπωση του «μετα-ρομποτικού», μπορεί να εκτελέσει κινήσεις, προώθηση, αίσθηση και λήψη αποφάσεων.
Τα εκτυπωμένα υλικά αποτελούνται από ένα εσωτερικό δίκτυο αισθητήρων, κινητικών και δομικών στοιχείων που κινούνται αυτόματα μετά την προγραμματισμό. Επειδή αυτό το εσωτερικό δίκτυο συνδυάζεται σε ένα σημείο, όλα όσα πρέπει να γίνουν είναι να παραχθεί ένα seul εξωτερικό στοιχείο — η μικρή μπαταρία που τροφοδοτεί το ρομποτικό σύστημα.
Ο Xiaoyu (Rayne) Zheng είναι ο κύριος ερευνητής της μελέτης και αναπληρωτής καθηγητής πολιτικού και περιβαλλοντικού μηχανικού, καθώς και μηχανικού και αεροδιαστημικού μηχανικού στο UCLA Samueli School of Engineering.
“Ενvision ότι αυτή η σχεδιαστική και εκτυπωτική μεθοδολογία για έξυπνα ρομποτικά υλικά θα βοηθήσει στην πραγματοποίηση μιας τάξης αυτονομικών υλικών που θα αντικαταστήσουν την τρέχουσα πολύπλοκη διαδικασία συναρμολόγησης για την κατασκευή ενός ρομποτικού συστήματος,” είπε ο Zheng. “Με σύνθετες κινήσεις, πολλαπλά μέσα αίσθησης και προγραμματιζόμενες ικανότητες λήψης αποφάσεων που είναι στενά ενσωματωμένες, είναι παρόμοιο με ένα βιολογικό σύστημα με τα νεύρα, τα οστά και τα τένοντα που λειτουργούν σε συνδυασμό για την εκτέλεση ελεγχόμενων κινήσεων.”
Πιθανές Εφαρμογές
Η ομάδα ενσωμάτωσε μια ενσωματωμένη μπαταρία και einen ελεγκτή για να δημιουργήσει πλήρως αυτονομικά ρομποτικά συστήματα 3D. Κάθε ένα από τα ρομποτικά συστήματα έχει το μέγεθος ενός νυχιού, και σύμφωνα με τον Zheng, αυτή η νέα μέθοδος θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες σχεδιαστικές λύσεις για βιοϊατρικά ρομποτικά συστήματα. Ένα τέτοιο βιοϊατρικό ρομποτικό σύστημα θα μπορούσε να είναι ένα ρομποτικό σύστημα που κολυμπά αυτόνομα κοντά σε αιμοφόρα αγγεία για να παραδώσει φάρμακα σε στόχους μέσα στο σώμα.
Μια άλλη εφαρμογή των ρομποτικών συστημάτων 3D είναι να τα στείλει σε επικίνδυνες περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως ένα κατεστραμμένο κτήριο, όπου μια σμήνη από αυτά μπορεί να εισέλθει σε στενά διαστήματα. Αυτά τα ρομποτικά συστήματα θα μπορούσαν τότε να αξιολογήσουν τα επίπεδα απειλής και να βοηθήσουν στις επιχειρήσεις διάσωσης.
Αυτή είναι μια σημαντική επανάσταση στον τομέα της ρομποτικής, поскольку τα περισσότερα από τα τρέχοντα ρομποτικά συστήματα απαιτούν μια σειρά από πολύπλοκες διαδικασίες κατασκευής για να κατασκευαστούν. Αυτή η διαδικασία οδηγεί σε βαρύτερα, πιο ογκώδη και πιο αδύναμα ρομποτικά συστήματα.
Για να αναπτύξουν τη νέα μέθοδο, η ομάδα βασίστηκε σε μια τάξη από περίπλοκα υλικά πλέγματος που αλλάζουν σχήμα και κατεύθυνση σε απάντηση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Μπορούν επίσης να δημιουργήσουν einen ηλεκτρικό φορτίο ως αποτέλεσμα φυσικών δυνάμεων.
Ανάπτυξη Νέων Ρομποτικών Υλικών
Τα ρομποτικά υλικά που αναπτύχθηκαν από την ομάδα έχουν το μέγεθος ενός πεννί και αποτελούνται από δομικά στοιχεία που βοηθούν να γίνουν καμπύλα, να στρίψουν, να επεκταθούν, να συστρέψουν ή να περιστρέψουν σε υψηλές ταχύτητες.
Επιπλέον, η ομάδα δημοσίευσε μια μεθοδολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σχεδιάσει τα ρομποτικά υλικά, επιτρέποντας στους χρήστες να δημιουργήσουν τα δικά τους μοντέλα.
Ο Hauchen Cui είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης και ένας μεταδιδάκτορας ερευνητής στο εργαστήριο του Zheng.
“Αυτό επιτρέπει στα στοιχεία ενεργοποίησης να τοποθετηθούν ακριβώς σε όλο το ρομποτικό σύστημα για γρήγορες, σύνθετες και εκτεταμένες κινήσεις σε διάφορα είδη εδάφους,” είπε ο Cui. “Με την двυ-πλευρική πιεζοηλεκτρική επίδραση, τα ρομποτικά υλικά μπορούν επίσης να αυτο-αισθανθούν τις στρεβλώσεις, να ανιχνεύσουν εμπόδια μέσω ηχών και υπερήχων εκπομπών, καθώς και να ανταποκριθούν σε εξωτερικές ερεθίσματα μέσω ενός βρόχου ελέγχου που καθορίζει πώς τα ρομποτικά συστήματα κινούνται, πώς κινούνται και προς ποιο στόχο κινούνται.”
Η ομάδα χρησιμοποίησε τη μέθοδο για να κατασκευάσει τρία διαφορετικά ρομποτικά συστήματα που δείχνουν διαφορετικές ικανότητες:
- Ρομποτικό σύστημα που πλοηγείται γύρω από S-σχήματα και τυχαία τοποθετημένα εμπόδια
- Ρομποτικό σύστημα που μπορεί να διαφύγει ως απάντηση σε μια επαφή
- Ρομποτικό σύστημα που περπατάει σε ανώμαλο έδαφος και κάνει μικρά πήδημα
Αυτή η νέα τεχνική εκτύπωσης 3D θα παίξει σημαντικό ρόλο στον τομέα της ρομποτικής, βοηθώντας να κάνει την κατασκευή τέτοιων ρομποτικών συστημάτων πολύ πιο αποτελεσματική.
Αυτή η επαναστατική έρευνα περιλαμβάνει επίσης τους συγγραφείς Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu και Haotian Lu, οι οποίοι είναι μεταπτυχιακοί φοιτητές, Ariel Calderon, einen μεταδιδάκτορα ερευνητή, Zhen Wang, einen development engineering associate, Sheyda Davaria, einen ερευνητή στο Virginia Tech, Patrick Mercier, einen αναπληρωτή καθηγητή ηλεκτρικού και υπολογιστικού μηχανικού στο UC San Diego και Pablo Tarazaga, einen καθηγητή μηχανικού στο Texas A&M University.
