Проривна техніка 3D-друку для створення роботів за один крок

Команда інженерів з UCLA розробила нову техніку 3D-друку та стратегію дизайну, яка дозволяє створювати роботів за один крок.

Нове дослідження, яке демонструє, як роботів можна сконструювати та як вони можуть рухатися, маневрувати та стрибати, було опубліковано в Science.

Проривна техніка 3D-друку

Нова техніка涉лює процес 3D-друку для інженерних активних матеріалів з декількома функціями, або «метаматеріалів». Вона дозволяє виготовляти всі механічні та електронні системи, необхідні для роботи робота, одночасно. Після того, як «мета-бот» був надрукований, він може виконувати рух, пропульсію, чуття та прийняття рішень.

Надруковані матеріали складаються з внутрішньої мережі сенсорних, рухових та структурних елементів, які рухаються самостійно після програмування. Оскільки ця внутрішня мережа об’єднана в одному місці, залишається тільки виготовити один зовнішній компонент — маленьку батарею для живлення робота.

Xiaoyu (Rayne) Zheng є головним дослідником цього дослідження та асоціативним професором цивільної та екологічної інженерії, а також механічної та аерокосмічної інженерії в UCLA Samueli School of Engineering.

“Ми бачимо, що ця дизайн- та друкувальна методологія розумних роботизованих матеріалів допоможе реалізувати клас автономних матеріалів, які можуть замінити поточний складний процес збірки робота,” сказав Zheng. “З складними рухами, декількома режимами чуття та програмованими можливостями прийняття рішень, все це тісно інтегровано, подібно до біологічної системи з нервами, кістками та сухожиллями, які працюють разом для виконання контрольованих рухів.”

Потенційні застосування

Команда інтегрувала вбудовану батарею та контролер, щоб створити повністю автономних 3D-надрукованих роботів. Кожен з цих роботів має розмір нігтя, і, згідно з Zheng, ця нова методологія може привести до нових дизайнів біомедичних роботів. Одним з таких біомедичних роботів може бути плаваючий робот, який самостійно рухається біля кровних судин для доставки ліків до цільових місць у тілі.

Іншим застосуванням 3D-надрукованих роботів є їхнє направлення в небезпечні середовища, такі як зруйнований будинок, де рій цих роботів може потрапити в тісні простори. Ці мета-боти можуть потім оцінити рівень загрози та допомогти в рятувальних заходах.

Це великий прорив у галузі робототехніки, оскільки більшість сучасних роботів вимагає серії складних виробничих кроків для їхньої збірки. Цей процес призводить до створення важчих, громіздкіших та слабших роботів.

Для розробки нової методології команда спирається на клас складних ґраткових матеріалів, які змінюють форму та напрямок у відповідь на електричне поле. Вони також можуть створювати електричний заряд у результаті фізичних сил.

Розробка нових роботизованих матеріалів

Роботизовані матеріали, розроблені командою, мають розмір тільки монети та складаються з структурних елементів, які допомагають їм згинатися, повертатися, розширюватися, стискатися чи обертатися на високих швидкостях.

Окрім всього цього, команда опублікувала методологію, яка може бути використана для дизайну роботизованих матеріалів, що дозволяє користувачам створювати свої власні моделі.

Hauchen Cui є головним автором цього дослідження та постдокторантом в лабораторії Zheng.

“Це дозволяє розташувати активні елементи точно по всьому роботові для швидких, складних та тривалих рухів на різних типах місцевості,” сказав Cui. “З двостороннім п’єзоелектричним ефектом, роботизовані матеріали також можуть самочуття своїх викривлень, виявляти перешкоди через ехо та ультразвукові випромінювання, а також реагувати на зовнішні стимули через систему зворотного зв’язку, яка визначає, як рухаються роботи, як швидко вони рухаються та до якого цілі вони рухаються.”

Команда використала цю методологію для створення трьох різних мета-ботів, які демонструють різні можливості:

1. Мета-бот, який рухається навколо S-подібних кутів та випадково розташованих перешкод
2. Мета-бот, який може вирватися у відповідь на контактний вплив
3. Мета-бот, який ходить по нерівній місцевості та робить маленькі стрибки

Ця нова техніка 3D-друку відіграє велику роль у галузі робототехніки, допомагаючи зробити конструкцію таких роботів значно більш ефективною.

Це проривне дослідження також включало авторів Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu та Haotian Lu, які є аспірантами; Ariel Calderon, постдокторантом; Zhen Wang, інженером-розробником; Sheyda Davaria, дослідником в Університеті Вірджинії; Patrick Mercier, асоціативним професором електротехніки та комп’ютерних наук в Університеті Каліфорнії в Сан-Дієго; та Pablo Tarazaga, професором механічної інженерії в Техаському університеті A&M.