3D Baskı Tekniğinde Kırılma: Bir Adımda Robotlar İnşa Ediliyor

UCLA’daki mühendisler, robotların tek bir adımda inşa edilmesini sağlayan yeni bir 3D baskı tekniği ve tasarım stratejisi geliştirdiler.

Yeni çalışma, robotların nasıl inşa edileceği, yürüyebileceği, manevra yapabileceği ve zıplayabileceği konusunda bir demonstrasyon sunuyor ve Science dergisinde yayımlandı.

3D Baskı Sürecindeki Kırılma

Yeni teknik, çok fonksiyonlu mühendislik aktif malzemeler veya “metamalzemeler” için 3D baskı sürecini içerir. Bu, bir robotun çalışması için gereken tüm mekanik ve elektronik sistemlerin aynı anda üretilmesini sağlar. “Meta-robot” 3D baskı yapıldıktan sonra, hareket, itme, algılama ve karar verme işlemlerini gerçekleştirebilir.

Basılan malzemeler, programlandıktan sonra kendiliğinden hareket eden, duyarga, hareket ve yapısal elemanlardan oluşan bir iç ağdan oluşur. Bu iç ağı bir araya getirdiği için, sadece küçük bir dış bileşen üretmek kalır – robotu güçlendiren küçük bir pil.

Xiaoyu (Rayne) Zheng, çalışmanın baş araştırmacısı ve UCLA Samueli Mühendislik Okulu’nda inşaat mühendisliği ve çevre mühendisliği ile mekanik ve uzay mühendisliği profesörüdür.

“Bu tasarım ve baskı metodolojisinin, robot yapımı için mevcut kompleks montaj sürecini değiştirebilecek bir sınıf özerk malzemelerin gerçekleştirilmesine yardımcı olacağını hayal ediyoruz” dedi Zheng. “Karmaşık hareketler, çoklu algılama modları ve programlanabilir karar verme yetenekleri ile tüm bunlar sıkı bir şekilde entegre edilmiş, sinirleri, kemikleri ve tendonları kontrol edilen hareketleri gerçekleştirmek için birlikte çalışan bir biyolojik sisteme benzer.”

Potansiyel Uygulamalar

Ekibin bir pil ve kontrolcü entegre ederek tam olarak özerk 3D baskı robotları ürettiler. Her bir robot, bir tırnak boyutundadır ve Zheng’e göre, bu yeni yöntem, biyomedikal robotlar için yeni tasarımlara yol açabilir. Böyle bir biyomedikal robot, vücudun hedef bölgelerine ilaçları teslim etmek için kan damarlarının yakınında otomatik olarak navigasyon yapabilen bir yüzme botu olabilir.

3D baskı botlarının başka bir uygulaması, onları tehlikeli ortamlara, örneğin çökmüş bir binaya göndermektir, burada onlar dar alanlara erişebilir ve tehdit seviyelerini değerlendirebilir, kurtarma çabalarına yardımcı olabilir.

Bu, robotik alanındaki büyük bir ilerlemeyi temsil ediyor, çünkü çoğu mevcut robotun inşası için karmaşık üretim adımları gerekiyor. Bu süreç, daha ağır, daha büyük ve daha zayıf robotlara yol açıyor.

Yeni yöntemi geliştirmek için ekip, elektrik alanına tepki olarak şekil ve yön değiştiren karmaşık ızgara malzemeleri sınıfına güveniyor. Ayrıca fiziksel kuvvetlerin sonucu olarak elektriksel bir yük oluşturabilirler.

Yeni Robottan Malzemelerin Geliştirilmesi

Ekibin geliştirdiği robotik malzemeler, sadece bir kuruş büyüklüğünde ve yüksek hızlarda bükülmesine, dönmesine, genişlemesine, daralmasına veya döndürülmesine yardımcı olan yapısal elemanlardan oluşur.

Bunun yanı sıra, ekip, kullanıcıların kendi modellerini oluşturmasını sağlayan bir metodoloji yayınladı.

Hauchen Cui, çalışmanın baş yazarı ve Zheng’in Additive Manufacturing and Metamaterials Lab’de UCLA’da doktora sonrası bir araştırmacıdır.

“Bu, hareketli elemanların, hızlı, karmaşık ve geniş hareketler için çeşitli arazilerde robotun her yerine kesin bir şekilde düzenlenmesini sağlar” dedi Cui. “İki yönlü piezoelektrik etki ile, robotik malzemeler kendi bükülmelerini kendiliğinden algılayabilir, engelleri yankı ve ultrason emisyonları ile tespit edebilir ve dış uyaranlara tepki verebilir, bir geri besleme kontrol döngüsü ile robotun nasıl hareket ettiğini, ne kadar hızlı hareket ettiğini ve hangi hedefe doğru hareket ettiğini belirler.”

Ekibin bu yöntemi kullanarak farklı yeteneklere sahip üç farklı meta-robot inşa edildi:

1. S şekilli köşeleri ve rastgele yerleştirilmiş engelleri dolaşabilen meta-robot
2. Temas sonucu tepki vererek kaçabilen meta-robot
3. Düz olmayan arazide yürüyebilen ve küçük atlayabilen meta-robot

Bu yeni 3D baskı tekniği, robotik alanındaki verimliliği artıracaktır.

Bu önemli araştırmada, Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu ve Haotian Lu gibi lisansüstü öğrenciler; Ariel Calderon, bir postdoc araştırmacı; Zhen Wang, geliştirme mühendisliği uzmanı; Sheyda Davaria, Virginia Tech’te bir araştırma görevlisi; Patrick Mercier, UC San Diego’de elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü ve Pablo Tarazaga, Texas A&M Üniversitesi’nde makine mühendisliği profesörü de yer aldı.