این میلیون ربات های پرینت سه بعدی می توانند اطراف خود را حس کنند و به آن واکنش نشان دهند

میلی ربات شبیه یک وسیله نقلیه کارتونی شایان ستایش به نظر می رسید که ماهرانه در یک پیچ و خم پیچیده حرکت می کرد. این موجود عجیبی است: پایین شبیه یک حصار فروریخته است. بالا، یک سبد آبکش مانند. به اندازه یک پنی، شکننده و کاملاً بی تکلف به نظر می رسد.

اما در هسته آن یک تغییر پارادایم بالقوه برای ساخت ربات‌های خودمختار است که می‌توانند محیط محلی خود را حس کنند و به آن پاسخ دهند. برخلاف ربات‌های کلاسیک که با اجزای متعدد مونتاژ می‌شوند، میلی‌ربات‌ها چنین هستند چاپ سه بعدی با یک متاموماد شیری به نظر می رسد که می تواند به طور انعطاف پذیری خواص خود را با چند ضربه الکتریکی تغییر دهد.

متامتریال ها مانند چیزی از یک کتاب کمیک به نظر می رسند، اما مفهوم آن ساده است. برخلاف چوب، شیشه یا سایر مواد ساکن که به آسانی برای حفظ ساختار خود به آنها تکیه می کنیم، فرامواد مورد استفاده در این مطالعه - مواد پیزوالکتریک - به راحتی ساختار خود را هنگام انفجار با میدان الکترومغناطیسی تغییر می دهند. این به مواد اجازه می دهد تا بپیچند، منقبض شوند، منقبض شوند یا منبسط شوند. هر حرکت را ترسیم کنید، و امکان ساخت و هدایت یک ربات وجود دارد.

برای ساخت ربات، تیم طراحی یک راه اندازی چاپ سه بعدی برای چاپ ساختارهای رباتیک با استفاده از مواد پیزوالکتریک. به عنوان یک افزودنی اضافی، تیم به ربات‌ها نور اولتراسوند داده و اجزایی را در مواد جاسازی کرده است که به ربات‌ها کمک می‌کند تا ارتعاشات را به الکتریسیته تبدیل کنند تا محیط خود را حس کنند.

میلی بات ها یاد گرفتند که به طور مستقل راه بروند، بپرند و از موانع احتمالی در زمان واقعی فرار کنند. آن‌ها حتی می‌توانستند یک پیاده‌روی کوچک ساحلی در آزمایشگاه داشته باشند و به راحتی در زمین‌های ناهموار و شنی که تا حدی پوشیده از فضای سبز پوشیده شده است حرکت کنند.

ربات‌ها، اگرچه هنوز ابتدایی هستند، اما اگر کوچک شوند، روزی می‌توانند به انتقال دارو در فضاهای محدود بدن ما کمک کنند. آنها همچنین ممکن است به عنوان پیشاهنگان ارزان، کوچک، اما قدرتمند برای کشف محیط های جدید یا خطرناک عمل کنند.

خطاب به دکتر احمد رفسنجانی در مرکز رباتیک نرم دانشگاه جنوب دانمارک، که درگیر نبود در این مطالعه، میلی‌ربات‌ها فرامواد را به عنوان روشی جدید برای ساخت ربات‌های مستقل مورد توجه قرار می‌دهند. او در یک تفسیر مرتبط نوشت: این مطالعه «مشخصات گسترده‌تری از «مواد رباتیک» را نشان می‌دهد که در آن مرز بین مواد و ماشین‌ها غیرقابل تشخیص می‌شود. تولید افزودنی فرامواد پیزوالکتریک ممکن است منجر به ساخت ربات‌های کاملاً یکپارچه شود که در نهایت ممکن است مستقیماً از یک چاپگر سه بعدی خارج شوند.

متا-چی؟

متامتریال ها عجیب هستند. اما به لطف خواص عجیب و غریب آنها، دانشمندان به آسانی کاربردهای بالقوه این اردک های عجیب را کشف کرده اند. کلاسیک اپتیک است. فرامواد اغلب از اجزایی ساخته می شوند که به طور انعطاف پذیر با امواج الکترومغناطیسی از جمله نور تعامل دارند. به نوعی، آنها شبیه لنزهای دوربین یا آینه هستند، اما با قدرت فوق العاده ای که می توانند به سرعت نحوه هدایت هر موج نوری را تغییر دهند. در تئوری، ساختاری که به دقت از فرامواد ایجاد شده است، می‌تواند تمام انواع عینک‌ها را از لنزهای میکروسکوپ گرفته تا عینک‌های روی صورت ما بازبینی کند.

اخیراً دانشمندان شروع به بررسی سایر کاربردها کردند. یکی از تلاش‌های اصلی، ترکیب مواد پیزوالکتریک در تراشه‌های نورومورفیک است که تقریباً نحوه محاسبه و ذخیره اطلاعات مغز را شبیه‌سازی می‌کنند. با تغییر خواص این مواد با میدان‌های الکتریکی، دانشمندان می‌توانند نحوه عملکرد سیناپس‌ها با انرژی بسیار کم را تقریبی کنند. سایر مطالعات از توانایی آکروباتیک فرامواد برای تغییر شکل آنها بهره برده و ساختارهایی ایجاد می کند که حرکت خطی - مثلاً راه رفتن خرچنگ - را به چرخش و چرخ دنده های مکانیکی تبدیل می کند. انگار پاهایتان ناگهان تبدیل به چرخ های چرخان می شود.

آره، متا مواد عجیب و غریب هستند. چطورکار می کنند؟

این کمک می کند که آنها را به عنوان تصور کنید تلویزیون های جعبه دار قدیمی با آنتن. برای تنظیم کانال - یعنی رفتار مواد - آنتن ها را به اطراف حرکت می دهید تا ساختار آنها به شدت با امواج رادیویی و صدا در تعامل باشد.á، شما وضعیت مواد را میخکوب کرده اید. سپس می توان آن را با مواد معمولی ترکیب کرد تا ساختارهای پیچیده و شبکه مانندی بسازند و در عین حال خواص دگرگونی خود را حفظ کنند. این انعطاف پذیری آنها را به یک بوم جذاب برای طراحی روبات تبدیل می کند. از آنجا که آنها یک ساختار تقریباً واحد هستند، در دراز مدت می توانند به ساخت هوشمند کمک کنند مبحث اعضای مصنوعی کمتر مستعد خرابی هستند، زیرا قطعات متحرک مکانیکی ندارند. به جای لحیم کاری، اکنون می توان آنها را پرینت سه بعدی کرد. (این همه چیز را به من می دهد Westworld vibes-مکانیکی Dolores در مقابل نسخه چاپی شیری-مایع، کسی؟).

چیزهایی غریبه

میلی‌بات‌های جدید مانند ترکیبی بین Wall-E و TARS به نظر می‌رسند. بین ستارهای. آنها با چاپ کاملاً سه بعدی، عقاید متعارف ساخت روبات ها را در هم شکستند. به طور معمول، یک ربات به چندین جزء مستقل نیاز دارد: حسگرهایی برای حرکت در محیط، ریزپردازنده‌ها برای «مغز»، محرک‌ها برای حرکت، و منبع تغذیه برای هدایت کل سیستم. هر پیوند مستعد شکست است.

در اینجا، تیم هر جزء را در یک طرح ادغام کرد. اولین عنصر کلیدی مواد پیزوالکتریک است که میدان های الکتریکی را به کشش مکانیکی و بالعکس تبدیل می کند. آنها «ماهیچه‌هایی» هستند که حرکت روبات را هدایت می‌کنند. اما آنها وظیفه سه گانه را انجام می دهند. بسته به وضعیت فراماده، می‌تواند یک ستون فقرات سرامیکی تشکیل دهد تا به میلی‌بات کمک کند شکل خود را حفظ کند. در فاز رسانایی خود، مانند سلول های عصبی عمل می کند و سیگنال های الکترومغناطیسی را برای کنترل "ماهیچه ها" می گیرد. افزایش بیشتر قدرت ربات یک عنصر اولتراسونیک است که بر روی ربات ترکیب شده است و به آن کمک می کند تا محیط اطراف خود را حس کند.

در مجموع، میلی‌بات ساده اساساً دارای چندین سیستم است که در یک رنگ سفید درخشان مخلوط شده‌اند: یک سیستم عصبی که قادر به حس کردن و تحریک، یک جزء «عضلانی» و یک ساختار اسکلتی است. این تیم با انداختن گوه در یک چاپگر سه بعدی، شبکه های پیچیده ای را به عنوان ستون فقرات ربات ساختند که هر کدام به دقت با فلزات رسانا و خواص پیزوالکتریک در مناطق خاصی تزئین شده بودند.

نتیجه؟ یک ربات کوچک که به میدان های الکتریکی ضربه می زند تا محیط خود را حس کند و حرکت کند. حتی قابل توجه تر، توانایی آن در "درک" حرکات بدن و مکان خود در فضا است - ترفندی به نام حس عمقی. که دوبله شده "حس ششم" ادراک انسان و به ندرت در روبات ها اجرا می شود.

با چند چالش، نویسندگان در مرحله بعدی مهارت ربات ها را به نمایش گذاشتند. یک ربات به طور ماهرانه در اطراف موانع در زمان واقعی حرکت کرد، زیرا انسان به طور متوالی موانع را بر اساس بازخورد اولتراسوند پایین می‌آورد. در آزمایشی دیگر، ربات مسافت های طولانی را پرید و پیچ های تند را به طرز ماهرانه ای پیمایش کرد. تنها با میلی ثانیه تاخیر، قورباغه ربات چندین سطح ناهموار را بدون عرق کردن پرید - یک کار موتوری که قبلا ربات های دیگر را گیج می کرد.

میلی‌بات‌ها همچنین قاطرهای بزرگی را ساختند. حتی با 500 درصد وزن در محموله - مانند منبع تغذیه داخلی، درایور و میکروکنترلر - آنها قادر بودند به راحتی با تنها 20 درصد کاهش سرعت حرکت کنند. در عمل، ابرقدرت این ربات ها را داربست های بزرگی به عنوان ماشین های دارورسانی می سازد که ممکن است روزی در جریان خون ما پرسه بزنند.

راه هایی برای رفتن

یک تکه از مواد پیزوالکتریک می‌تواند بسیار انعطاف‌پذیر باشد، با شش درجه آزادی - توانایی امتداد خطی در سه محور (مانند خم کردن بازو به جلو، پهلو و عقب) و چرخش چرخشی. به لطف ساخت افزودنی این مطالعه، طراحی معماری های مختلف روباتیک با هدایت الگوریتم های خلاقانه آسان است.

این تیم «به طرز هنرمندانه ای تحریک و ادراک را در یک مینیاتور سبک در هم آمیخته است

رفسنجانی گفت: شبکه سه بعدی مرکب که به اطراف حرکت می کند و اطراف خود را حس می کند.

ربات ها ممکن است به عنوان یک معمای نامتجانس ظاهر شوند: موجودی انعطاف پذیر که از ستون فقرات سخت سرامیکی مانند با یک فراماده ساخته شده است. اما ما انسان‌ها هم همین‌طور هستیم – ما از سلول‌هایی با شکل‌ها، اندازه‌ها و قابلیت‌های بسیار متفاوت ساخته شده‌ایم. انطباق ایده‌های مورد استفاده برای طراحی ربات‌های پیزوالکتریک به رباتیک نرم چشم‌انداز جدیدی می‌دهد که به طور بالقوه منجر به مواد کاملاً مصنوعی می‌شود که با بدن ما حرکت می‌کنند.

رفسنجانی گفت: این مطالعه "فراماداد رباتیک را به سیستم های بیولوژیکی نزدیک تر می کند."

اعتبار تصویر: گروه تحقیقاتی Rayne

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/