ืจืืืืืืงื
ืคืจืืฆืช ืืจื ืืืื ืืงืช ืืืคืกื ืชืืช-ืืืืืช: ืจืืืืืื ื ืื ืื ืืฉืื ืืื
צוות של מהנדסים ב-UCLA פיתח טכניקת הדפסה תלת-ממדית חדשה ואסטרטגיית עיצוב שמאפשרת לרובוטים להיבנות בשלב אחד.
המחקר החדש, שהוא מדגים כיצד הרובוטים יכולים להיבנות וללכת, לנווט, ולקפוץ, פורסם ב Science.
תהליך הדפסה תלת-ממדית פורץ דרך
הטכניקה החדשה כוללת תהליך הדפסה תלת-ממדית לחומרים פעילים מהונדסים עם תכונות מרובות, או ‘מטא-חומרים.’ היא מאפשרת את היצור של כל המערכות המכניות והאלקטרוניות הנדרשות להפעלת רובוט בבת אחת. לאחר שה-‘מטא-בוט’ הודפס, הוא יכול לבצע תנועה, הנעה, חישה, וקבלת החלטות.
החומרים המודפסים מורכבים מרשת פנימית של איברים חושיים, ניידים ומבניים שנעים בעצמם אחרי שהותכנתו. בגלל שרשת זו מרוכזת במקום אחד, כל מה שנשאר לעשות הוא לייצר רכיב חיצוני אחד – סוללה קטנה להנעת הרובוט.
Xiaoyu (Rayne) Zheng הוא החוקר הראשי של המחקר ופרופסור חבר בהנדסה אזרחית וסביבתית, וכן הנדסת מכונות ואווירונאוטיקה בבית הספר להנדסה UCLA Samueli.
“אנו חוזים ששיטת העיצוב וההדפסה של חומרים רובוטיים חכמים תסייע לממש כיתת חומרים אוטונומיים שיחליפו את תהליך ההרכבה המורכב הנוכחי ליצירת רובוט,” אמר Zheng. “עם תנועות מורכבות, מספר רב של אפשרויות חישה ויכולות קבלת החלטות מתוכננות, זה דומה למערכת ביולוגית עם עצבים, עצמות וגידים שעובדים בצמוד לביצוע תנועות מבוקרות.”
יישומים פוטנציאליים
הצוות שילב סוללה ובקר מובנים כדי ליצור רובוטים אוטונומיים מודפסים בתלת-ממד. כל אחד מהרובוטים הוא בגודל של ציפורן, ולפי Zheng, שיטה זו יכולה להוביל לעיצובים חדשים לרובוטים ביו-רפואיים. רובוט ביו-רפואי כזה יכול להיות רובוט שחייה שנווטת באופן אוטונומי ליד כלי דם כדי לספק תרופות באתרים מטרה בגוף.
יישום אחר של הרובוטים המודפסים הוא לשלוח אותם לסביבות מסוכנות, כגון בניין שקרס, שם להקה שלהם יכולה לגשת למרחבים צרים. המטא-בוטים האלה יכולים אז להעריך רמות איום ולסייע במאמצי הצלה.
זוהי פריצת דרך גדולה בתחום הרובוטיקה, מאחר שרוב הרובוטים הנוכחיים דורשים סדרה של צעדים ייצור מורכבים כדי לבנות אותם. תהליך זה גורם לרובוטים להיות כבדים, גדולים, וחלשים יותר.
כדי לפתח את השיטה החדשה, הצוות הסתמך על מעמד של חומרים מסורגים מורכבים שמשנים צורה וכיוון בתגובה לשדה חשמלי. הם גם יכולים ליצור מטען חשמלי כתוצאה מכוחות פיזיים.
פיתוח חומרים רובוטיים חדשים
החומרים הרובוטיים שפותחו על ידי הצוות הם רק בגודל של מטבע ומורכבים מאיברים מבניים שעוזרים להם לנוע, לפנות, להתרחב, להתכווץ, או לסובב במהירויות גבוהות.
בנוסף, הצוות פרסם שיטה שיכולה לשמש לעיצוב חומרים רובוטיים, ולאפשר למשתמשים ליצור את המודלים שלהם.
Hauchen Cui הוא מחבר המחקר הראשי וחוקר פוסט-דוקטורט ב-UCLA במעבדה לייצור תוספתי ומטא-חומרים של Zheng.
“זה מאפשר לאיברים מפעילים להיות מסודרים בדיוק ברחבי הרובוט לתנועות מהירות, מורכבות, וממושכות על סוגי טריטוריה שונים,” אמר Cui. “עם האפקט הפיאזואלקטרי דו-כיווני, החומרים הרובוטיים יכולים גם לחוש את עיוותיהם, לגלות מכשולים באמצעות הדים וקרינת אולטרא-סאונד, ולהגיב לגירויים חיצוניים דרך לולאת בקרה שמחליטה כיצד הרובוטים נעים, כמה מהר הם נעים, ולעבר איזה מטרה הם נעים.”
הצוות השתמש בשיטה כדי לבנות שלושה מטא-בוטים שונים המדגימים יכולות שונות:
- מטא-בוט שנווט סביב פינות S ומכשולים ממוקמים באקראי
- מטא-בוט שיכול להימלט בתגובה להשפעה
- מטא-בוט שיכול ללכת על טריטוריה גסה ולקפוץ בקפיצות קטנות
טכניקת הדפסה תלת-ממדית זו תשחק תפקיד מרכזי בתחום הרובוטיקה, ותעזור להפוך את בניית רובוטים כאלה ליעילה הרבה יותר.
מחקר פורץ הדרך הזה כלל גם את המחברים Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu ו-Haotian Lu, שהם סטודנטים לתארים מתקדמים; Ariel Calderon, חוקר פוסט-דוקטורט; Zhen Wang, עמית לפיתוח; Sheyda Davaria, עוזרת מחקר ב-Virginia Tech; Patrick Mercier, פרופסור חבר להנדסת חשמל ומחשבים ב-UC San Diego; ו-Pablo Tarazaga, פרופסור להנדסת מכונות ב-Texas A&M University.
