Những Phát Triển Lớn Mang Chúng Ta Đến Gần Hơn Với Những Con Robot Mềm Hoàn Toàn Không Dây

Các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) và Caltech đã phát triển các hệ thống robot mềm mới được lấy cảm hứng từ origami. Những hệ thống mới này có thể di chuyển và thay đổi hình dạng khi phản ứng với các kích thích bên ngoài. Những phát triển mới này mang chúng ta đến gần hơn với việc có những con robot mềm hoàn toàn không dây. Những con robot mềm mà chúng ta sở hữu ngày nay sử dụng năng lượng và điều khiển bên ngoài. Vì vậy, chúng phải được kết nối với các hệ thống ngoài boong có các thành phần cứng.

Nghiên cứu này đã được công bố trên Science Robotics. Jennifer A. Lewis, giáo sư Hansjorg Wyss về Kỹ thuật Lấy cảm hứng từ Sinh học tại SEAS và là đồng tác giả dẫn đầu của nghiên cứu, đã nói về những phát triển mới này.

“Khả năng tích hợp các vật liệu hoạt động trong các đối tượng được in 3D cho phép thiết kế và chế tạo các lớp vật liệu robot mềm hoàn toàn mới,” cô nói.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng origami như một mô hình để tạo ra các robot mềm đa chức năng. Origami, thông qua các nếp gấp tuần tự, có thể thay đổi thành nhiều hình dạng và chức năng khác nhau trong khi vẫn giữ nguyên cấu trúc. Đội nghiên cứu đã sử dụng các elastome tinh thể lỏng có thể thay đổi hình dạng khi暴露 với nhiệt. Đội đã sử dụng in 3D để có được hai loại bản lề mềm. Những bản lề này gấp lại tùy thuộc vào nhiệt độ, và chúng có thể được lập trình để gấp lại theo một thứ tự cụ thể.

Arda Kotikan là một sinh viên sau đại học tại SEAS và Trường Sau Đại học Khoa học và Nghệ thuật và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo.

“Với phương pháp in 3D các bản lề hoạt động của chúng tôi, chúng tôi có khả năng lập trình đầy đủ về phản ứng nhiệt, lượng mô-men xoắn mà các bản lề có thể tạo ra, góc uốn và hướng gấp. Phương pháp chế tạo của chúng tôi giúp tích hợp các thành phần hoạt động này với các vật liệu khác,” cô nói.

Connor McMahan là một sinh viên sau đại học tại Caltech và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo.

“Sử dụng các bản lề làm cho việc lập trình các chức năng robot và kiểm soát cách một con robot thay đổi hình dạng trở nên dễ dàng hơn. Thay vì phải có toàn bộ thân của một con robot mềm biến dạng theo những cách khó dự đoán, bạn chỉ cần lập trình cách một vài vùng nhỏ của cấu trúc sẽ phản ứng với các thay đổi về nhiệt độ,” anh nói.

Đội nghiên cứu đã xây dựng nhiều thiết bị mềm. Một trong những thiết bị này là một con robot mềm không dây gọi là “Rollbot.” Nó bắt đầu như một tấm phẳng dài 8 cm và rộng 4 cm. Khi nó tiếp xúc với một bề mặt nóng khoảng 200°C, một bộ bản lề gấp lại và tạo hình cho con robot thành một bánh xe ngũ giác.

Trên mỗi mặt của bánh xe, có nhiều bộ bản lề khác gấp lại khi tiếp xúc với một bề mặt nóng.

“Nhiều con robot mềm hiện có yêu cầu một kết nối với các hệ thống năng lượng và điều khiển bên ngoài hoặc bị giới hạn bởi lượng lực mà chúng có thể tạo ra. Những bản lề hoạt động này hữu ích vì chúng cho phép các con robot mềm hoạt động trong các môi trường mà các kết nối là không thực tế và để nâng các vật nặng nhiều lần hơn trọng lượng của bản lề,” McMahan nói.

Nghiên cứu này tập trung duy nhất vào phản ứng nhiệt. Trong tương lai, các elastome tinh thể lỏng sẽ được nghiên cứu thêm vì chúng cũng có thể phản ứng với ánh sáng, pH, độ ẩm và các kích thích bên ngoài khác.

“Công việc này chứng minh cách kết hợp các polymer phản ứng trong một hợp chất kiến trúc có thể dẫn đến các vật liệu có tự hoạt động khi phản ứng với các kích thích khác nhau. Trong tương lai, các vật liệu như vậy có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn, làm mờ ranh giới giữa vật liệu và robot,” Chiara Daraio, giáo sư Kỹ thuật Cơ khí và Vật lý Ứng dụng tại Caltech và là đồng tác giả dẫn đầu của nghiên cứu, nói.

Nghiên cứu bao gồm các đồng tác giả Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad và Robert D. Weeks. Công việc này được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Harvard thông qua Quỹ Khoa học Quốc gia và Chương trình Học bổng Nghiên cứu Công nghệ Không gian NASA.