Ezek a 3D nyomtatott Millirobotok érzékelik a környezetüket és reagálnak rá

A millirobot egy imádnivaló rajzfilmes járműnek tűnt, ahogy szakszerűen navigált egy összetett labirintusban. Különös lény: az alja egy összedőlt kerítéshez hasonlít; a teteje szűrőedényszerű kosár. Egy fillér méretű, törékenynek és teljesen igénytelennek tűnik.

De a lényege egy potenciális paradigmaváltás az autonóm robotok építéséhez, amelyek képesek érzékelni és reagálni a helyi környezetre. A klasszikus robotokkal ellentétben, amelyeket több alkatrészből állítanak össze, a millirobot az 3D nyomtatás tejszerű kinézetű metaanyaggal, amely néhány elektromos mozdulattal rugalmasan tudja változtatni tulajdonságait.

A metaanyagok úgy hangzanak, mint valami képregényben, de a koncepció egyszerű. Ellentétben a fával, üveggel vagy más statikus anyagokkal, amelyekre könnyen támaszkodhatunk szerkezetük megtartása érdekében, a vizsgálatban használt metaanyagok – piezoelektromos anyagok – könnyen megváltoztatják szerkezetüket, ha elektromágneses térrel befújják őket. Ez lehetővé teszi az anyag csavarodását, torzulását, zsugorodását vagy kitágulását. Feltérképezi az egyes mozgásokat, és lehetséges robotot építeni és irányítani.

A bot felépítéséhez, a csapathoz tervezett egy 3D nyomtatási beállítás, amellyel piezoelektromos anyagok felhasználásával nyomtathat ki robotszerkezeteket. Kiegészítő kiegészítésként a csapat ultrahangos felvillanást adott a robotoknak, komponenseket ágyazva az anyagba, ami segítette a robotokat, hogy a rezgéseket elektromossággá alakítsák, hogy érzékeljék környezetüket.

A millibotok megtanultak önállóan járni, ugrani, és valós időben menekülni a potenciális akadályok elől. Akár egy mini tengerparti túrát is tehettek a laboratóriumban, könnyedén navigálhattak egy durva, homokos terepen, amelyet részben növényzett borítanak.

A robotok, bár még mindig kezdetlegesek, egy napon segíthetnek a kábítószerek eljuttatásában a testünkben lévő szűk helyekre, ha összezsugorodnak. Olcsó, apró, de erős felderítőként is működhetnek új vagy veszélyes környezetek felfedezésére.

Dr. Ahmad Rafsanjaninak a Dél-Dániai Egyetem Soft Robotics Központjában, aki nem érintett a tanulmányban a millibotok a metaanyagokat állítják a rivaldafénybe, mint új módszert az autonóm robotok megalkotására. A tanulmány „a „robotanyagok” tágabb nézetét emeli ki, amelyben az anyagok és a gépek közötti határ felismerhetetlenné válik” – írta egy kapcsolódó kommentárjában. "A piezoelektromos metaanyagok additív gyártása teljesen integrált robotok megvalósulásához vezethet, amelyek végül egyenesen kiléphetnek a 3D nyomtatóból."

Meta-Mi?

A metaanyagok furcsák. De egzotikus tulajdonságaiknak köszönhetően a tudósok könnyedén feltárták e furcsa kacsák lehetséges felhasználási lehetőségeit. A klasszikus az optika. A metaanyagok gyakran olyan alkatrészekből készülnek, amelyek rugalmasan kölcsönhatásba lépnek az elektromágneses hullámokkal, beleértve a fényt is. Bizonyos értelemben hasonlítanak a fényképezőgép lencséihez vagy tükröihez, de rendelkeznek azzal a szuperképességgel, hogy gyorsan megváltoztatják a fényhullámok irányítását. Elméletileg a metaanyagokból gondosan megalkotott szerkezet minden típusú szemüveget felülvizsgálhat – a mikroszkóp lencséktől az arcunkon lévőkig.

A közelmúltban a tudósok más felhasználási módokat is elkezdtek vizsgálni. Az egyik fő erőfeszítés a piezoelektromos anyagok beépítése neuromorf chipekbe, amelyek nagyjából azt szimulálják, hogy az agy hogyan számítja és tárolja az információkat. Ezen anyagok tulajdonságainak elektromos mezőkkel történő megváltoztatásával a tudósok megközelíthetik a szinapszisok működését ultraalacsony energiával. Egyéb tanulmányok kiaknázva a metaanyagok akrobatikus képességét, hogy átalakítsák alakjukat, olyan struktúrákat hozva létre, amelyek a lineáris mozgást – mondjuk a rákjárást – forgásokká és mechanikus fogaskerekekké alakítják. Mintha a lábaid hirtelen forgó kerekekké változnának.

Igen, a metaanyagok furcsák. Hogyan működnek?

Segít elképzelni őket régi iskola dobozos tévék antennával. A csatorna – vagyis az anyag viselkedésének – beállításához az antennákat addig kell mozgatni, amíg szerkezetük erős kölcsönhatásba nem lép a rádióhullámokkal.á, leszögezted az anyag állapotát. Ezután hagyományos anyagokkal keverhető bonyolult, rácsszerű struktúrák kialakításához, miközben megőrzi metamorfózis tulajdonságait. Ez a rugalmasság különösen érdekes vásznakká teszi őket robotok tervezéséhez. Mivel szinte egyetlen szerkezetről van szó, hosszú távon segíthetnek az intelligens felépítésben protézisek kevésbé hajlamosak a meghibásodásra, mivel nincsenek mechanikus mozgó alkatrészeik. Forrasztás helyett most már 3D-ben is nyomtathatók. (Ez megadja nekem az összeset Westworld vibráció – mechanikus Dolores versus tejszerű-folyékony nyomtatott változat, valaki?).

Stranger dolgok

Az új millibotok úgy néznek ki, mint a Wall-E és a TARS hibridje, egy bordázott, összecsukható, pálcikaszerű robot. Csillagközi. A teljesen 3D-s nyomtatással szétzúzták a robotépítés hagyományos dogmáját. Normális esetben egy robotnak több független alkatrészre van szüksége: szenzorokra a környezetben való navigáláshoz, mikroprocesszorokra az „agy számára”, működtetőkre a mozgáshoz és tápegységre az egész rendszer meghajtásához. Mindegyik link hajlamos a meghibásodásra.

Itt a csapat minden komponenst egyetlen tervbe integrált. Az első kulcsfontosságú összetevő a piezoelektromos anyagok, amelyek az elektromos mezőket mechanikai feszültséggé alakítják, és fordítva. Ezek az „izmok”, amelyek a robot mozgását irányítják. De hármas kötelességet teljesítenek. A metaanyag állapotától függően kerámiaszerű gerincet képezhet, amely segít a millibotnak megőrizni alakját. Vezető fázisában idegsejtekként működik, elektromágneses jeleket rögzítve az „izmok” szabályozására. A bot teljesítményét tovább növeli egy ultrahangos elem, amely a botra van illesztve, és segít a környezet érzékelésében.

Összességében az egyszerű millibot lényegében több rendszert tartalmaz egyetlen ragyogó fehér gomolyagba keverve: egy érzékelésre és működtetésre képes idegrendszert, egy „izom” komponenst és egy csontvázat. A 3D nyomtatóba ejtve a csapat kifinomult rácsokat épített a robot gerinceként, mindegyiket gondosan vezető fémekkel és piezoelektromos tulajdonságokkal díszítve meghatározott területeken.

Az eredmény? Egy apró robot, amely elektromos mezőket érintve érzékeli és navigál a környezetében. Még lenyűgözőbb az a képessége, hogy „megérti” saját testi mozgásait és helyét a térben – ezt a trükköt propriocepciónak hívják. ezt szinkronizálták az emberi érzékelés „hatodik érzéke”, és ritkán alkalmazzák a robotokban.

Néhány kihívással a szerzők ezután bemutatták a botok képességeit. Az egyik robot szakszerűen, valós időben navigált az útlezárások körül, miközben egy ember sorra ejtette le az akadályokat az ultrahangos visszajelzések alapján. Egy másik teszt során a robot nagy távolságokat ugrált, és szakszerűen navigált éles kanyarokban. Csupán ezredmásodperces késéssel a robotbéka verejtékezés nélkül ugrált fel több durva felületet – ez a motoros feladat korábban megzavarta a többi robotot.

A millibotok remek falkaöszvéreket is készítettek. Még 500 százalékos hasznos teherrel is – például egy fedélzeti áramforrással, egy meghajtóval és egy mikrokontrollerrel – könnyedén mozogtak, mindössze 20 százalékos sebességcsökkenéssel. A gyakorlatban a szuperhatalom nagyszerű állványzattá teszi ezeket a robotokat, mint gyógyszerszállító gépeket, amelyek egy napon bebarangolhatják a véráramunkat.

A Ways to Go

Egyetlen darab piezoelektromos anyag rendkívül rugalmas lehet, hat szabadságfokkal – három tengely mentén lineárisan nyújtható (például hajlíthatja a karját előre, oldalra és hátra), és elforgatható. A tanulmány additív gyártása révén könnyen megtervezhető különböző robotarchitektúrák kreatív algoritmusok által vezérelve.

A csapat „művészien szőtte össze a működést és az érzékelést egy könnyű miniatűrben

kompozit 3D rács, amely mozog és érzékeli a környezetét” – mondta Rafsanjani.

Lehet, hogy a robotok össze nem illő rejtvénynek számítanak: egy rugalmas lény, amely kemény kerámiaszerű gerincből és egyetlen metaanyagból készül. De mi, emberek is – nagyon eltérő alakú, méretű és képességű sejtekből állunk. A piezoelektromos robotok tervezésénél használt ötletek adaptálása új perspektívát ad a lágy robotikának, ami potenciálisan teljesen mesterséges anyagokhoz vezethet, amelyek a testünkhöz simulnak.

A tanulmány „közelebb hozza a robot metaanyagokat a biológiai rendszerekhez, egy-egy funkciót” – mondta Rafsanjani.

A kép forrása: Rayne Research Group

• Coinsmart. Európa legjobb Bitcoin- és kriptográfiai tőzsdéje.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. SZABAD HOZZÁFÉRÉS.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Ingyenes próbaverzió.
• Forrás: https://singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/