يمكن لروبوتات Millirobots ثلاثية الأبعاد هذه أن تشعر وتتفاعل مع محيطها

بدت ميليروبوت وكأنها مركبة كرتونية رائعة لأنها تجوبت بخبرة في متاهة معقدة. إنه مخلوق غريب: القاع يشبه السياج المنهار. الجزء العلوي ، سلة تشبه المصفاة. بحجم بنس واحد ، يبدو هشًا ومتواضعًا تمامًا.

ولكن في جوهرها هناك نقلة نوعية محتملة لبناء روبوتات مستقلة يمكنها استشعار بيئتها المحلية والاستجابة لها. على عكس الروبوتات الكلاسيكية ، التي يتم تجميعها بمكونات متعددة ، فإن millirobot هو 3D المطبوعة مع مادة خارقة ذات مظهر حليبي يمكنها تغيير خصائصها بمرونة ببضع نقرات كهربائية.

تبدو المواد الخارقة وكأنها شيء من كتاب فكاهي ، لكن المفهوم بسيط. على عكس الخشب أو الزجاج أو غيرها من المواد الثابتة التي نعتمد عليها بسهولة للحفاظ على بنيتها ، فإن المواد الخارقة المستخدمة في الدراسة - المواد الكهروضغطية - تغير هيكلها بسهولة عندما تنفجر بمجال كهرومغناطيسي. هذا يسمح للمادة بالالتواء أو الالتواء أو الانكماش أو التمدد. ارسم خريطة لكل حركة ، ومن الممكن بناء وتوجيه روبوت.

لبناء الروبوت ، الفريق تصميم إعداد الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة الهياكل الآلية باستخدام مواد كهرضغطية. كإضافة إضافية ، أعطى الفريق الروبوتات توهجًا بالموجات فوق الصوتية ، ودمج المكونات في المادة ، مما ساعد الروبوتات على تحويل الاهتزازات إلى كهرباء لاستشعار بيئتها.

تعلم الميليبوت المشي بشكل مستقل والقفز والهروب من العقبات المحتملة في الوقت الفعلي. يمكنهم حتى القيام بنزهة قصيرة على الشاطئ في المختبر ، والتنقل بسهولة عبر تضاريس وعرة ورملية مغطاة جزئيًا بالخضرة.

على الرغم من أن الروبوتات لا تزال بدائية ، إلا أنها يمكن أن تساعد يومًا ما في توصيل الأدوية في الأماكن الضيقة في أجسادنا إذا تم تقليص حجمها. قد يعملون أيضًا ككشافة رخيصة وصغيرة ولكنها قوية لاستكشاف بيئات جديدة أو خطرة.

إلى الدكتور أحمد رفسنجاني في مركز الروبوتات اللينة بجامعة جنوب الدنمارك ، الذي لم يشارك في الدراسة ، يسلط المليبوت المواد الخارقة إلى دائرة الضوء كطريقة جديدة لبناء الروبوتات المستقلة. وكتب في تعليق ذي صلة: "تسلط الدراسة الضوء على نظرة أوسع لـ" المواد الروبوتية "حيث تصبح الحدود بين المواد والآلات غير قابلة للإدراك". "قد يؤدي التصنيع الإضافي للمواد الخارقة الكهروإجهادية إلى تجسيد روبوتات متكاملة تمامًا قد تخرج في النهاية مباشرة من طابعة ثلاثية الأبعاد."

ميتا ماذا؟

المواد الخارقة غريبة. ولكن بفضل خصائصها الغريبة ، اكتشف العلماء بسهولة الاستخدامات المحتملة لهذه البط الغريب. البصريات الكلاسيكية. غالبًا ما تصنع المواد الخارقة من مكونات تتفاعل بمرونة مع الموجات الكهرومغناطيسية ، بما في ذلك الضوء. بطريقة ما ، تشبه عدسات الكاميرا أو المرايا ، ولكن مع القوة العظمى لتغيير كيفية توجيه كل موجة ضوئية بسرعة. من الناحية النظرية ، يمكن للبنية التي تم إنشاؤها بعناية من المواد الخارقة إصلاح جميع أنواع النظارات - من العدسات المجهرية إلى تلك الموجودة على وجوهنا.

في الآونة الأخيرة ، بدأ العلماء في استكشاف استخدامات أخرى. يتمثل أحد الجهود الرئيسية في دمج المواد الكهرضغطية في شرائح عصبية الشكل ، والتي تحاكي تقريبًا كيفية قيام الدماغ بحساب المعلومات وتخزينها. من خلال تغيير خصائص هذه المواد بالمجالات الكهربائية ، يمكن للعلماء تقريب كيفية عمل المشابك مع طاقة منخفضة للغاية. دراسات اخرى الاستفادة من القدرة البهلوانية للمواد الفوقية على تغيير شكلها ، وإنشاء الهياكل التي تحول الحركة الخطية - على سبيل المثال ، مسيرة السلطعون - إلى دوران وتروس ميكانيكية. يبدو الأمر كما لو أن ساقيك تتحول فجأة إلى عجلات دوارة.

نعم ، المواد الخارقة غريبة. كيف يعملون؟

يساعد تخيلهم على أنهم تلفزيونات مدرسية قديمة مع هوائيات. لضبط القناة - أي سلوك المادة - تقوم بتحريك الهوائيات حولها حتى يتفاعل هيكلها بقوة مع موجات الراديو ،á، لقد سمّرت حالة المادة. يمكن بعد ذلك مزجها مع المواد التقليدية لبناء هياكل معقدة تشبه الشبكة مع الحفاظ على خصائص التحول. هذه المرونة تجعلهم قماشًا مثيرًا للاهتمام بشكل خاص لتصميم الروبوتات. نظرًا لأنهم هيكل شبه فردي ، على المدى الطويل ، يمكنهم المساعدة في بناء أذكياء الأطراف الاصطناعية أقل عرضة للفشل ، حيث لا تحتوي على أجزاء متحركة ميكانيكية. بدلاً من اللحام ، يمكن الآن طباعتها ثلاثية الأبعاد. (هذا يعطيني كل Westworld المشاعر - Dolores الميكانيكية مقابل النسخة المطبوعة سائل حليبي ، أي شخص؟).

سترانجر ثينقز

تبدو الميليبوتات الجديدة كأنها هجين بين Wall-E و TARS ، وهو روبوت ممتلئ وقابل للطي ومتماثل في عيدان تناول الطعام. بينجمي. قاموا بطباعة ثلاثية الأبعاد بالكامل ، بتحطيم العقيدة التقليدية لبناء الروبوتات. عادة ، يحتاج الإنسان الآلي إلى عدة مكونات مستقلة: أجهزة استشعار للتنقل في البيئة ، ومعالجات دقيقة لـ "الدماغ" ، ومشغلات للحركة ، ومصدر طاقة لقيادة النظام بأكمله. كل ارتباط عرضة للفشل.

هنا ، قام الفريق بدمج كل مكون في تصميم واحد. المكون الرئيسي الأول هو المواد الكهرضغطية ، والتي تحول المجالات الكهربائية إلى توتر ميكانيكي والعكس صحيح. إنها "العضلات" التي توجه حركة الروبوت. لكنهم يقومون بواجب ثلاثي. اعتمادًا على حالة المادة الخارقة ، يمكن أن تشكل عمودًا فقريًا شبيهًا بالسيراميك لمساعدة الميليبوت في الحفاظ على شكله. تعمل في مرحلتها الموصلة مثل الخلايا العصبية ، حيث تلتقط الإشارات الكهرومغناطيسية للتحكم في "العضلات". مزيد من الارتطام ببراعة الروبوت هو عنصر فوق صوتي ، مخلوط في الروبوت ، يساعده على الشعور بمحيطه.

إجمالاً ، يحتوي الميليبوت البسيط بشكل أساسي على أنظمة متعددة مختلطة في مادة لزجة بيضاء واحدة: جهاز عصبي قادر على الاستشعار والتشغيل ، ومكون "عضلي" ، وبنية هيكلية. قام الفريق بإسقاط مادة goo في طابعة ثلاثية الأبعاد ، وقام ببناء شبكات متشابكة متطورة مثل العمود الفقري للروبوت ، كل منها مزين بعناية بمعادن موصلة وخصائص كهرضغطية في مناطق معينة.

النتائج؟ روبوت صغير يدخل في المجالات الكهربائية لاستشعار بيئته والتنقل فيها. الأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو قدرته على "فهم" حركاته الجسدية ومكانه في الفضاء - وهي خدعة تسمى الحس العميق هذا مدبلج "الحاسة السادسة" للإدراك البشري ونادرًا ما يتم تطبيقها في الروبوتات.

مع بعض التحديات ، عرض المؤلفون بعد ذلك براعة الروبوتات. كان أحد الروبوتات يتنقل بخبرة حول حواجز الطرق في الوقت الفعلي حيث قام الإنسان بإسقاط الحواجز بشكل متتابع بناءً على التغذية المرتدة بالموجات فوق الصوتية. في اختبار آخر ، قفز الروبوت لمسافات طويلة واجتاز المنعطفات الحادة بخبرة. مع تأجيل لملي ثانية فقط ، قفز الضفدع الآلي على عدة أسطح خشنة دون أن يتعرق - وهي مهمة حركية أذهلت الروبوتات الأخرى في السابق.

صنع الميليبوت أيضًا بغال كبيرة الحجم. حتى مع وجود وزن بنسبة 500 في المائة في الحمولة - مثل مصدر طاقة على متن الطائرة ، وسائق ، ووحدة تحكم دقيقة - فقد تمكنوا من التحرك بسهولة مع انخفاض السرعة بنسبة 20 في المائة فقط. من الناحية العملية ، فإن القوة العظمى تجعل هذه الروبوتات بمثابة سقالات كبيرة مثل آلات توصيل الأدوية التي قد تجوب مجرى الدم في يوم من الأيام.

طرق للذهاب

يمكن أن تكون قطعة واحدة من مادة كهرضغطية مرنة للغاية ، مع ست درجات من الحرية - القدرة على التمدد خطيًا في ثلاثة محاور (مثل ثني ذراعك للأمام ، والجانبين ، والخلف) واللف بشكل دائري. بفضل التصنيع الإضافي للدراسة ، من السهل تصميم بنى روبوتية مختلفة تسترشد بخوارزميات إبداعية.

كان الفريق "متشابكًا ببراعة بين التشغيل والإدراك في صورة مصغرة خفيفة الوزن

قال رفسنجاني: "شبكة ثلاثية الأبعاد مركبة تتحرك وتستشعر محيطها".

قد تظهر الروبوتات على أنها لغز غير منطقي: مخلوق مرن مصنوع من العمود الفقري الصلب الشبيه بالسيراميك مع مادة خارقة واحدة. ولكن نحن بشر كذلك - فنحن مكونون من خلايا ذات أشكال وأحجام وقدرات مختلفة إلى حد كبير. إن تكييف الأفكار المستخدمة في تصميم الروبوتات الكهرضغطية يعطي الروبوتات اللينة نظرة جديدة ، مما قد يؤدي إلى مواد اصطناعية بالكامل تتوافق مع أجسامنا.

قال رفسنجاني إن الدراسة "تقرب المواد الآلية الآلية من الأنظمة البيولوجية ، وظيفة واحدة في كل مرة".

حقوق الصورة: Rayne Research Group

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/