Materialet e reja të printuara 3D ndjejnë lëvizjet e tyre

Një ekip studiuesish në MIT ka zhvilluar një metodë të re për materialet e printimit 3D me veti mekanike të sintonizueshme, e cila u mundëson atyre të ndjejnë lëvizjet e tyre dhe ndërveprimet me mjedisin. Ekipi krijoi strukturat ndijuese me një material dhe një provë të vetme në një printer 3D. 

Ata fillimisht morën materiale grilë të printuara 3D dhe inkorporuan rrjete kanalesh të mbushura me ajër në strukturë gjatë procesit të printimit. Ata më pas mund të nxjerrin njohuri se si materiali po lëviz duke matur ndryshimet e presionit brenda këtyre kanaleve kur struktura është e shtrydhur, e përkulur ose e shtrirë. 

Materialet e rrjetës përbëhen nga qeliza të vetme në një model të përsëritur dhe duke ndryshuar madhësinë ose formën e qelizave, vetitë mekanike të materialit ndryshojnë. 

Teknika e re përfundimisht mund të ndihmojë në krijimin e robotëve të butë fleksibël me sensorë të integruar që u mundësojnë robotëve të kuptojnë qëndrimin dhe lëvizjet e tyre. Mund të çojë gjithashtu në zhvillimin e pajisjeve inteligjente të veshura që janë të personalizueshme. 

Lillian Chin është bashkë-autore dhe studente e diplomuar në Laboratorin e Shkencave Kompjuterike dhe Inteligjencës Artificiale të MIT (CSAIL). 

“Ideja me këtë punë është që ne mund të marrim çdo material që mund të printohet në 3D dhe të kemi një mënyrë të thjeshtë për të drejtuar kanalet nëpër të, në mënyrë që të mund të marrim sensorizim me strukturë. Dhe nëse përdorni materiale vërtet komplekse, atëherë mund të keni lëvizje, perceptim dhe strukturë të gjitha në një, "tha Chin. 

Punimi përfshin gjithashtu autorin bashkë-drejtues Ryan Truby, një ish-postdoc i CSAIL dhe asistent profesor aktual në Universitetin Northwestern; Annan Zhang, një student i diplomuar në CSAIL; dhe autorja e lartë Daniela Rus, Andrew dhe Erna Viterbi Profesor i Inxhinierisë Elektrike dhe Shkencave Kompjuterike dhe drejtor i CSAIL. 

Hulumtimi u botua në Përparimet Shkenca. 

Teknika e printimit 3D

Ekipi u mbështet në printimin 3D për të inkorporuar kanale të mbushura me ajër direkt në shiritat që formojnë rrjetën. Kur struktura pëson lëvizje ose shtrydhet, kanalet deformohen dhe vëllimi i ajrit brenda ndryshon. Ky proces u mundëson studiuesve të matin ndryshimin përkatës të presionit me një sensor presioni jashtë raftit, i cili jep reagime se si materiali po deformohet. 

“Nëse shtrini një brez gome, duhet pak kohë për t'u kthyer në vend. Por meqenëse ne përdorim ajrin dhe deformimet janë relativisht të qëndrueshme, ne nuk i marrim të njëjtat veti që ndryshojnë nga koha. Informacioni që del nga sensori ynë është shumë më i pastër”, thotë Chin.

Ekipi inkorporoi kanale në strukturë duke përdorur printimin 3D të përpunimit të dritës dixhitale. Metoda përfshin strukturën që nxirret nga një grup rrëshirë dhe ngurtësohet në një formë të saktë duke përdorur dritën e projektuar. Një imazh më pas projektohet në rrëshirën e lagur dhe zonat e goditura nga drita shërohen. 

Ndërsa procesi ecën më tej, rrëshira ngjitëse pikon dhe ngec brenda kanaleve, që do të thoshte se ekipi duhej të hiqte çdo rrëshirë të tepërt përpara se të shërohej. Ata e bënë këtë duke përdorur një përzierje ajri nën presion, vakum dhe pastrim të ndërlikuar.

 "Ne do të duhet të bëjmë më shumë ide nga ana e dizajnit për të menduar për atë proces pastrimi, pasi është sfida kryesore," vazhdon Chin.

Ekipi e përdori këtë proces për të krijuar disa struktura grilë dhe demonstroi se si kanalet e mbushura me ajër mund të gjeneronin reagime të qarta kur strukturat ishin të shtrydhura ose të përkulura.

Robotët e butë HSA

Grupi i studiuesve inkorporoi gjithashtu sensorë në auxetics prerëse me dorë (HSAs), të cilat janë një klasë e re materialesh e zhvilluar për robotët e butë të motorizuar. HSA-të mund të shtrihen dhe përdridhen në të njëjtën kohë, duke u mundësuar atyre të veprojnë si aktivizues efektivë të robotëve të butë. Megjithatë, HSA-të janë të vështira për t'u "sensorizuar" për shkak të formave të tyre komplekse. 

Ekipi 3D printoi një nga këta robotë të butë HSA, i cili ishte në gjendje të kryente lëvizje të ndryshme si përkulja dhe përdredhja. Më pas kaloi nëpër një seri lëvizjesh për më shumë se 18 orë dhe të dhënat e sensorit u përdorën për të trajnuar një rrjet nervor që mund të parashikonte me saktësi lëvizjen e robotit. 

“Shkencëtarët e materialeve kanë punuar shumë për të optimizuar materialet e arkitekturës për funksionalitet. Kjo duket si një ide e thjeshtë, por vërtet e fuqishme për të lidhur atë që ata studiues kanë bërë me këtë fushë të perceptimit. Sapo të shtojmë ndjeshmërinë, atëherë robotistët si unë mund të hyjnë dhe ta përdorin këtë si një material aktiv, jo thjesht si pasiv, "thotë Chin.

“Sensorizimi i robotëve të butë me sensorë të vazhdueshëm të ngjashëm me lëkurën ka qenë një sfidë e hapur në këtë fushë. Kjo metodë e re ofron aftësi të sakta proprioceptive për robotët e butë dhe hap derën për të eksploruar botën përmes prekjes,” vazhdon Rus. 

Chin dhe ekipi thonë se e ardhmja e një teknologjie të tillë mund të çojë në gjëra të tilla si helmetat e futbollit të përshtatura për kokën e një lojtari specifik. Këto helmeta do të kishin aftësi ndijuese brenda strukturës së brendshme, duke rritur saktësinë e reagimeve nga përplasjet në fushë.