Прорывная Техника 3D Печати Роботов в Одном Этапе

Команда инженеров в UCLA разработала новую технику 3D-печати и стратегию проектирования, которые позволяют создавать роботов в один этап.

Новое исследование, в котором продемонстрировано, как роботы могут быть сконструированы и ходить, маневрировать и прыгать, было опубликовано в Science.

Прорывная Техника 3D Печати

Новая техника включает в себя процесс 3D-печати для материалов с множеством функций, или «метаматериалов». Она позволяет производить всю механическую и электронную системы, необходимые для работы робота, одновременно. После того, как «мета-бот» был напечатан, он может выполнять движение, пропульсию, датирование и принятие решений.

Напечатанные материалы состоят из внутренней сети датчиков, движущихся и структурных элементов, которые могут двигаться самостоятельно после программирования. Поскольку эта внутренняя сеть объединена в одном месте, все, что осталось сделать, – это произвести один внешний компонент – небольшой аккумулятор для питания робота.

Xiaoyu (Rayne) Zheng является основным исследователем этого исследования и ассоциированным профессором гражданского и экологического инженерного дела, а также механического и аэрокосмического инженерного дела в UCLA Samueli School of Engineering.

“Мы представляем, что эта конструкция и методология печати умных роботов будут помогать создавать класс автономных материалов, которые смогут заменить текущий сложный процесс сборки робота”, – сказал Zheng. “С сложными движениями, несколькими режимами датирования и программными возможностями принятия решений, все тесно интегрировано, это похоже на биологическую систему с нервами, костями и сухожилиями, работающими вместе для выполнения контролируемых движений.”

Потенциальные Применения

Команда интегрировала встроенный аккумулятор и контроллер, чтобы создать полностью автономных 3D-печатных роботов. Каждый из роботов размером с ноготь, и, по словам Zheng, этот новый метод может привести к новым конструкциям для биомедицинских роботов. Одним из таких биомедицинских роботов может быть плавучий робот, который автономно перемещается возле кровеносных сосудов, чтобы доставить лекарства в целевые места в организме.

Другим применением 3D-печатных роботов является их отправка в опасные среды, такие как разрушенное здание, где рой роботов может получить доступ к тесным пространствам. Эти мета-боты могут затем оценить уровень угрозы и помочь в спасательных работах.

Это значительный прорыв в области робототехники, поскольку большинство текущих роботов требует серии сложных производственных шагов для их конструкции. Этот процесс приводит к более тяжелым, громоздким и слабым роботам.

Для разработки нового метода команда опиралась на класс сложных решетчатых материалов, которые меняют форму и направление в ответ на электрическое поле. Они также могут создавать электрический заряд в результате физических сил.

Разработка Новых Робототехнических Материалов

Разработанные командой робототехнические материалы имеют размер только с пенни и состоят из структурных элементов, которые помогают им сгибаться, поворачиваться, расширяться, сжиматься или вращаться на высоких скоростях.

Кроме того, команда выпустила методологию, которая может быть использована для проектирования робототехнических материалов, позволяя пользователям создавать свои собственные модели.

Hauchen Cui является основным автором исследования и постдокторантом в лаборатории Zheng.

“Это позволяет располагать активирующие элементы точно по всему роботу для быстрых, сложных и длительных движений на различных типах местности”, – сказал Cui. “С двухсторонним пьезоэлектрическим эффектом робототехнические материалы также могут самодатировать свои изгибы, обнаруживать препятствия через эхо и ультразвуковые излучения, а также реагировать на внешние стимулы через петлю обратной связи, которая определяет, как роботы движутся, как быстро они движутся и к какой цели они движутся.”

Команда использовала этот метод для создания трех разных мета-ботов, демонстрирующих различные возможности:

1. Мета-бот, который ориентируется вокруг S-образных поворотов и случайно размещенных препятствий
2. Мета-бот, который может вырваться в ответ на контактное воздействие
3. Мета-бот, который идет по неровной местности и совершает небольшие прыжки

Эта новая техника 3D-печати сыграет значительную роль в области робототехники, помогая сделать конструкцию таких роботов намного более эффективной.

Это прорывное исследование также включало авторов Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu и Haotian Lu, которые являются аспирантами; Ariel Calderon, постдокторантом; Zhen Wang, инженером-разработчиком; Sheyda Davaria, исследователем в Вирджинском технологическом университете; Patrick Mercier, ассоциированным профессором электротехники и компьютерных наук в UC San Diego; и Pablo Tarazaga, профессором механической инженерии в Техасском университете A&M.