Robotik
3D Yazıcı Tekniğinde Kırılma: Robotları Tek Adımda Oluşturma
UCLA’daki mühendisler, robotların tek bir adımda inşa edilmesini sağlayan yeni bir 3D yazıcı tekniği ve tasarım stratejisi geliştirdiler.
Yeni çalışma, robotların nasıl inşa edildiğini, yürüdüğünü, manevra yaptığını ve zıpladığını gösteren ve Science dergisinde yayımlandı.
3D Yazıcı Tekniğinde Kırılma
Yeni teknik, çoklu fonksiyonlara sahip mühendislik aktif malzemeler veya ‘metamalzemeler’ için bir 3D yazıcı işlemi içerir. Robotun çalışması için gereken tüm mekanik ve elektronik sistemlerin aynı anda üretilmesine olanak tanır. ‘Meta-bot’ 3D yazdırıldıktan sonra, hareket, itme, algılama ve karar verme gibi işlemleri gerçekleştirebilir.
Yazdırılan malzemeler, kendi kendine hareket eden, duyarga ve yapısal elemanlardan oluşan iç bir ağdan oluşur. Bu iç ağ bir araya getirildiğinden, yalnızca küçük bir pil üretmek kalır – robotu güçlendirir.
Xiaoyu (Rayne) Zheng, çalışmanın baş araştırmacısı ve UCLA Samueli Mühendislik Okulu’nda inşaat ve çevre mühendisliği ile mekanik ve uzay mühendisliği alanında yardımcı doçenttir.
“Bu tasarım ve yazıcı metodolojisinin akıllı robotik malzemelerin bir sınıfını gerçekleştirmesine yardımcı olacağını ve robot yapımı için mevcut karmaşık montaj sürecini değiştireceğini hayal ediyoruz” dedi Zheng. “Karmaşık hareketler, çoklu algılama modları ve programlanabilir karar verme yetenekleri ile tüm bunlar sıkı bir şekilde entegre edilmiştir, bu bir biyolojik sistem gibi sinir, kemik ve tendonların birlikte kontrollü hareketleri gerçekleştirmesine benzer.”
Potansiyel Uygulamalar
Takım, tam otonom 3D yazdırma robotları oluşturmak için bir kumanda ve kontrolcü entegre etti. Her bir robot bir tırnağın büyüklüğündedir ve Zheng’e göre bu yeni yöntem, tıbbi robotlar için yeni tasarımlara yol açabilir. Böyle bir tıbbi robot, ilaçları vücuttaki hedef bölgelere ulaştırmak için kan damarlarına yakın otonom olarak yüzen bir bot olabilir.
3D yazdırma botlarının başka bir uygulaması, onları tehlikeli ortamlara göndermektir, örneğin çökmüş bir binaya, burada bir sürü bot dar alanlara ulaşabilir. Bu meta-botlar daha sonra tehdit seviyelerini değerlendirebilir ve kurtarma çabalarına yardımcı olabilir.
Bu, robotik alanında büyük bir ilerlemeyi temsil etmektedir, çünkü çoğu mevcut robotun inşası için karmaşık üretim adımları gerekir. Bu süreç, daha ağır, daha büyük ve daha zayıf robotlara yol açar.
Yeni yöntemi geliştirmek için takım, elektrik alanına tepki olarak şekil ve yön değiştiren karmaşık ızgara malzemeleri içeren bir malzeme sınıfına güvenmiştir. Ayrıca fiziksel kuvvetlerin bir sonucu olarak elektriksel bir yük oluşturabilirler.
Yeni Robotik Malzemelerin Geliştirilmesi
Takım tarafından geliştirilen robotik malzemeler yalnızca bir penny büyüklüğündedir ve yüksek hızlarda bükülme, burulma, genişleme, daralma veya dönme gibi yapısal elemanlara sahiptir.
Bunun yanı sıra, takım robotik malzemeleri tasarlamak için bir metodoloji yayınladı, böylece kullanıcılar kendi modellerini oluşturabilir.
Hauchen Cui, çalışmanın baş yazarı ve Zheng’in Additive Manufacturing and Metamaterials Lab’deki UCLA’da bir postdoctoral araştırmacısıdır.
“Bu, hareketli elemanların çeşitli arazilerde hızlı, karmaşık ve geniş hareketler için precis olarak robotun tümü boyunca düzenlenmesini sağlar” dedi Cui. “İki yönlü piezoelektrik etki ile robotik malzemeler ayrıca kendi bükülmelerini kendiliğinden algılayabilir, engelleri yankı ve ultrason emisyonları ile algılayabilir ve dış uyaranlara bir geri besleme kontrol döngüsü aracılığıyla tepki verebilir, bu da robotun nasıl hareket ettiğini, ne kadar hızlı hareket ettiğini ve hangi hedefe doğru hareket ettiğini belirler.”
Takım, farklı kabiliyetleri gösteren üç farklı meta-bot oluşturmak için bu yöntemi kullandı:
- S şeklinde köşeleri ve rastgele yerleştirilmiş engelleri dolaşan meta-bot
- Temas etkisine tepki olarak kaçabilen meta-bot
- Engebeli arazide yürüyen ve küçük zıplamalar yapan meta-bot
Bu yeni 3D yazıcı tekniği, robotların inşasını çok daha verimli hale getirmeye yardımcı olarak robotik alanında önemli bir rol oynayacaktır.
Bu đột phá araştırmada, Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu ve Haotian Lu gibi lisansüstü öğrencileri; Ariel Calderon, bir postdoctoral araştırmacı; Zhen Wang, geliştirme mühendisliği asistanı; Sheyda Davaria, Virginia Tech’te bir araştırma asistanı; Patrick Mercier, UC San Diego’de elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı doçenti ve Pablo Tarazaga, Texas A&M Üniversitesi’nde mekanik mühendisliği profesörü de yer aldı.
