Vísindamenn byggja vélmenni úr mörgum 3D-prentuðum smærri

Vísindamenn frá Georgia Institute of Technology hafa smíðað vélmenni sem samanstendur eingöngu af smærri vélmennum sem kallast „smarticles“. Þessi nýja hreyfitækni ögrar hefðbundinni leið til að búa til vélmenni úr mótorum, rafhlöðum, stýribúnaði, líkamshlutum, fótleggjum og hjólum. 

Nýja rannsóknin var studd af rannsóknarstofu hersins, National Science Foundation og vísindamönnum frá Northwestern University. Það var birt í tímaritinu Vísindi vélfærafræði. 

Þessar þrívíddarprentuðu snjallvirku agnir geta aðeins framkvæmt þá aðgerð að blaka tveimur handleggjum sínum. Möguleikar þessara snjalla breytist þegar þeir eru fimm bundnir í hring. Þegar þeir eru saman mynda þeir robophysical kerfi sem kallast „supermarticle“ með því að ýta hver öðrum. Þessi supersdmarticle er þá fær um að hreyfa sig sjálfstætt. Ef hljóð- eða ljósnemi er bætt við er hægt að stjórna honum með áreiti. 

Þetta nýja kerfi er enn á frumstigi, en hugmyndin um að búa til vélmenni úr því að hópa saman smærri hefur mikla möguleika. Það veitir hópgetu og það gæti leitt til vélrænna stjórnunar yfir litlum vélmennum. Sameining smærri vélmenna gæti einnig leitt til nýrrar hreyfingar.

Dan Goldman er Dunn fjölskylduprófessor við eðlisfræðideild Georgia Institute of Technology. 

„Þetta eru mjög frumleg vélmenni þar sem hegðun þeirra er einkennist af vélfræði og eðlisfræðilögmálum,“ sagði hann. „Við erum ekki að leitast við að setja háþróaða stjórn, skynjun og útreikninga á þá alla. Þegar vélmenni verða minni og minni verðum við að nota aflfræði og eðlisfræðireglur til að stjórna þeim vegna þess að þau munu ekki hafa það útreiknings- og skynjunarstig sem við þyrftum fyrir hefðbundna stjórn.“

Rannsóknin var byggð á rannsókn á byggingarheftum sem var hellt í ílát með færanlegum hliðum. Fyrrum doktorsnemi og nú deildarmeðlimur við háskólann í Kaliforníu í San Diego, Nick Gravish, fjarlægði síðan veggi gámsins til að búa til mannvirki sem gætu staðið ein og sér. Hann áttaði sig á því að hægt væri að setja saman vélræna hluti til að búa til mannvirki sem gætu gert miklu meira en einstakir hlutir þeirra. 

„Vélmenni úr öðrum frumstæðum vélmennum varð framtíðarsýn,“ sagði Goldman. „Þú gætir ímyndað þér að búa til vélmenni þar sem þú myndir fínstilla rúmfræðilegar færibreytur þess aðeins og það sem kemur í ljós er eigindlega ný hegðun.

Will Savoie, útskrifaður rannsóknaraðstoðarmaður, bjó til rafhlöðuknúna snjalltæki úr þrívíddarprentara. Þeir voru með mótora, einfalda skynjara og nokkurt tölvuafl. Hver fyrir sig geta snjallarnir ekki gert mikið, en þeir geta skipt um staðsetningu og haft samskipti sín á milli þegar þau eru sett í hring. 

„Jafnvel þó að ekkert einstakt vélmenni gæti hreyft sig af sjálfu sér gæti skýið sem samanstendur af mörgum vélmennum hreyft sig þegar það þrýsti sér í sundur og minnkað þegar það tók sig saman,“ sagði Goldman. „Ef þú setur hring utan um skýið af litlum vélmennum byrja þau að sparka í hvort annað og stærri hringurinn - það sem við köllum ofursnjall - hreyfist um af handahófi.

Rannsakendur komust einnig að því að þeir gætu stjórnað hreyfingum vélmennanna með því að nota ljósmyndskynjara. Þeir gátu komið í veg fyrir að handleggirnir blöktu með ljósgeisla. 

„Ef þú hallar vasaljósinu alveg rétt, geturðu auðkennt vélmennið sem þú vilt að sé óvirkt og það veldur því að hringurinn snýst í átt að því eða frá því, jafnvel þó að engin vélmenni séu forrituð til að hreyfa sig í átt að ljósinu,“ útskýrði Goldman. „Það gerði það kleift að stýra sveitinni á mjög frumstæðan, stokastískan hátt.

Þessi nýja þróun mun hjálpa til við að búa til kvikvélmenni sem eru samsett úr mörgum smærri tækjum. Þeim gæti verið breytt þannig að þau nýtist við margvíslegar aðstæður og notkun. Bandaríski herinn hefur einnig haft áhuga á nýja verkefninu þar sem það gæti hjálpað til við að búa til vélmenni sem breyta lögun sem geta breytt aðferðum þeirra og virkni.