Робототехніка
Проривна техніка 3D-друку створює роботів за один крок
Команда інженерів з UCLA розробила нову техніку 3D-друку та стратегію дизайну, яка дозволяє створювати роботів за один єдиний 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 весь механічний та електронний системи, необхідні для роботи робота, одночасно. Після того, як «мета-бот» був надрукований, він може виконувати рух, пропульсію, чуття та прийняття рішень.
Друковані матеріали складаються з внутрішньої мережі сенсорних, рухових та структурних елементів, які рухаються самостійно після програмування. Оскільки ця внутрішня мережа зібрана в одному місці, все, що залишається зробити, – це виготовити одну зовнішню складову – маленьку батарею для живлення робота.
Xiaoyu (Rayne) Zheng є головним дослідником цього дослідження та асоційованим професором цивільної та екологічної інженерії, а також механічної та аерокосмічної інженерії в UCLA Samueli School of Engineering.
“Ми бачимо, що ця конструкція та методологія друку розумних роботизованих матеріалів допоможуть реалізувати клас автономних матеріалів, які можуть замінити поточний складний процес збірки робота,” сказав Zheng. “З складними рухами, декількома режимами чуття та програмними можливостями прийняття рішень, все це тісно інтегровано, це схоже на біологічну систему з нервами, кістками та сухожиллями, які працюють у тандемі для виконання контрольованих рухів.”
Потенційні застосування
Команда інтегрувала вбудовану батарею та контролер, щоб створити повністю автономні 3D-друковані роботів. Кожен з цих роботів має розмір нігтьового пальця, а згідно з Zheng, цей новий метод може привести до нових конструкцій біомедичних роботів. Одним з таких біомедичних роботів міг би бути плаваючий робот, який автономно рухається біля кровних судин для доставки ліків до цільових місць у тілі.
Іншим застосуванням 3D-друкованих роботів є їхнє направлення в небезпечні середовища, наприклад, у зруйновану будівлю, де рій з них може потрапити в тісні простори. Ці мета-боти могли б потім оцінити рівень загрози та допомогти у рятувальних заходах.
Це великий прорив у галузі робототехніки, оскільки більшість сучасних роботів потребують серії складних виробничих кроків для їхньої конструкції. Цей процес призводить до більш важких, громіздких та слабших роботів.
Для розробки нового методу 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 лише монети та складаються з структурних елементів, які допомагають їм згинатися, скручуватися, розширюватися, стискатися чи обертатися на високих швидкостях.
Окрім всього цього, команда випустила методологію, яка дозволяє проектувати роботизовані матеріали, що дозволяє користувачам створювати свої власні моделі.
Hauchen Cui є головним автором дослідження та постдокторантом в лабораторії Zheng’s Additive Manufacturing and Metamaterials Lab.
“Це дозволяє актуючим елементам бути розташованими 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 самочутливо виявляти свої викривлення, виявляти перешкоди через ехо та ультразвукові випромінювання, а також реагувати на зовнішні стимули через петлю зворотного зв’язку, яка визначає, як рухаються роботів, як швидко вони рухаються та до якої цілі вони рухаються.”
Команда використала цей метод для створення трьох різних мета-ботів, які демонструють різні можливості:
- Мета-бот, який рухається навколо S-подібних кутів та випадково розташованих перешкод
- Мета-бот, який може вирватися у відповідь на контактний вплив
- 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 у Virginia Tech; Patrick Mercier, асоційованим професором електротехніки та комп’ютерних наук у UC San Diego; та Pablo Tarazaga, професором механічної інженерії у Texas A&M University.
