המילירובוטים המודפסים בתלת-ממד יכולים לחוש ולהגיב לסביבתם

המילירובוט נראה כמו רכב מצויר מקסים כשניווט במומחיות במבוך מורכב. זה יצור מוזר: התחתית דומה לגדר שהתמוטטה; החלק העליון, סל דמוי מסננת. בגודל של אגורה, זה נראה שביר וצנוע לחלוטין.

אבל בבסיסו הוא שינוי פרדיגמה פוטנציאלי לבניית רובוטים אוטונומיים שיכולים לחוש ולהגיב לסביבתו המקומית. בניגוד לרובוטים הקלאסיים, המורכבים עם מספר רכיבים, המילירובוט הוא מודפס בתלת מימד עם מטא-חומר בעל מראה חלבי שיכול לשנות בגמישות את תכונותיו עם כמה שקעים חשמליים.

מטא-חומרים נשמעים כמו משהו מתוך חוברת קומיקס, אבל הרעיון פשוט. שלא כמו עץ, זכוכית או חומרים סטטיים אחרים שעליהם אנו מסתמכים בקלות כדי להחזיק את המבנה שלהם, המטא-חומרים המשמשים במחקר - חומרים פיזואלקטריים - משנים בקלות את המבנה שלהם כאשר הם פוצצים בשדה אלקטרומגנטי. זה מאפשר לחומר להתפתל, להתעוות, להתכווץ או להתרחב. מפה כל תנועה, ואפשר לבנות ולנווט רובוט.

לבנות את הבוט, הצוות מעוצב מערך הדפסת תלת מימד להדפסת מבנים רובוטיים באמצעות חומרים פיזואלקטריים. כתוספת נוספת, הצוות נתן לבוטים זוהר אולטרסאונד, תוך הטמעת רכיבים בחומר, מה שעזר לבוטים להפוך רעידות לחשמל כדי לחוש את הסביבה שלהם.

המיליבוטים למדו ללכת, לקפוץ ולברוח באופן אוטונומי ממכשולים פוטנציאליים בזמן אמת. הם יכלו אפילו לצאת לטיול קטן על החוף במעבדה, לנווט בקלות בשטח מחוספס וחולי מכוסה חלקית בירק.

הרובוטים, למרות שהם עדיין בסיסיים, יכולים יום אחד לעזור לספק תרופות במקומות סגורים בגופנו אם יצטמצמו. הם עשויים גם לפעול כצופים זולים, זעירים אך חזקים לחקור סביבות חדשות או מסוכנות.

לד"ר אחמד רפסנג'אני במרכז לרובוטיקה רכה, אוניברסיטת דרום דנמרק, שלא היה מעורב במחקר, המיליבוטים מביאים מטא-חומרים לאור הזרקורים כדרך חדשה לבנות רובוטים אוטונומיים. המחקר "מדגיש השקפה רחבה יותר של 'חומרים רובוטיים' שבהם הגבול בין חומרים ומכונות הופך לבלתי ניתן להבחין", כתב בפרשנות בנושא. "ייצור נוסף של מטא-חומרים פיזואלקטריים עשוי להוביל להתממשות רובוטים משולבים במלואם שעשויים בסופו של דבר לצאת ישר ממדפסת תלת מימד."

מטא-מה?

מטא-חומרים הם מוזרים. אבל הודות לתכונות האקזוטיות שלהם, מדענים חקרו בקלות שימושים פוטנציאליים לברווזים המוזרים האלה. אחד קלאסי הוא אופטיקה. מטא-חומרים עשויים לעתים קרובות ממרכיבים המקיימים אינטראקציה גמישה עם גלים אלקטרומגנטיים, כולל אור. במובן מסוים, הם דומים לעדשות מצלמה או מראות, אבל עם כוח העל לשנות במהירות את האופן שבו הם מכוונים כל גל אור. בתיאוריה, מבנה שנוצר בקפידה ממטא-חומרים יכול לשפץ את כל סוגי המשקפיים - מעדשות מיקרוסקופ ועד לאלו שעל הפנים שלנו.

לאחרונה החלו מדענים לחקור שימושים אחרים. מאמץ מרכזי אחד הוא שילוב חומרים פיזואלקטריים בשבבים נוירומורפיים, המדמים באופן גס את האופן שבו המוח מחשב ומאחסן מידע. על ידי שינוי המאפיינים של חומרים אלה עם שדות חשמליים, מדענים יכולים להעריך כיצד סינפסות פועלות עם אנרגיה נמוכה במיוחד. מחקרים אחרים נצלו את היכולת האקרובטית של המטא-חומרים לשנות את צורתם, ויצרו מבנים הממירים תנועה לינארית - נגיד, הליכה של סרטנים - לסיבובים והילוכים מכניים. זה כאילו הרגליים שלך הופכות פתאום לגלגלים מסתובבים.

כן, מטא-חומרים הם מוזרים. איך הם עובדים?

זה עוזר לדמיין אותם כמו טלוויזיות עם אנטנות עם אנטנות. כדי להתאים את הערוץ - כלומר, התנהגות החומר - אתה מזיז את האנטנות עד שהמבנה שלהן יוצר אינטראקציה חזקה עם גלי רדיו.á, הבנת את מצב החומר. לאחר מכן ניתן לשלב אותו עם חומרים קונבנציונליים כדי לבנות מבנים מורכבים דמויי סריג תוך שמירה על תכונות המטמורפוזה שלהם. הגמישות הזו הופכת אותם לקנבס מסקרן במיוחד לעיצוב רובוטים. מכיוון שהם מבנה כמעט יחיד, בטווח הארוך, הם יכולים לעזור לבנות אינטליגנטי תותבות פחות מועדים לכישלון, מכיוון שאין להם חלקים נעים מכניים. במקום להלחים, ניתן כעת להדפיס אותם בתלת מימד. (זה נותן לי את כל Westworld ויברציות - גרסה מודפסת של דולורס מכני מול נוזלי חלבי, מישהו?).

דברים מוזרים

המיליבוטים החדשים נראים כמו הכלאה בין Wall-E ו-TARS, רובוט מרופד, מתקפל, דמוי מקלות אכילה. בין כוכבים. מודפס בתלת מימד לחלוטין, הם ניפצו את הדוגמה המקובלת לבניית רובוטים. בדרך כלל, רובוט זקוק למספר רכיבים עצמאיים: חיישנים לניווט בסביבה, מיקרו-מעבדים ל"מוח", מפעילים לתנועה ואספקת חשמל להנעת המערכת כולה. כל קישור נוטה לכישלון.

כאן, הצוות שילב כל רכיב לעיצוב אחד. המרכיב המרכזי הראשון הוא חומרים פיזואלקטריים, הממירים שדות חשמליים למתח מכני ולהיפך. הם ה"שרירים" שמנחים את תנועת הרובוט. אבל הם ממלאים תפקיד משולש. בהתאם למצב המטא-חומר, הוא יכול ליצור עמוד שדרה דמוי קרמיקה כדי לעזור למיליבוט לשמור על צורתו. בשלב המוליך שלו, הוא פועל כמו תאי עצב, לוכדים אותות אלקטרומגנטיים כדי לשלוט על "השרירים". חיזוק נוסף ליכולת של הבוט הוא אלמנט אולטראסוני, שהתמזג אל הבוט, שעוזר לו לחוש את סביבתו.

בסך הכל, למיליבוט הפשוט יש למעשה מערכות מרובות מעורבות לגוון לבן בוהק אחד: מערכת עצבים המסוגלת לחוש ולהפעיל, מרכיב "שריר" ומבנה שלד. כשהם שומטים את הגו' לתוך מדפסת תלת מימד, הצוות בנה סריג מתוחכם כעמוד השדרה של הרובוט, כל אחד מעוטר בקפידה עם מתכות מוליכות ותכונות פיזואלקטריות על אזורים ספציפיים.

התוצאה? רובוט זעיר שמתחבר לשדות חשמליים כדי לחוש ולנווט את סביבתו. עוד יותר מרשימה היא היכולת שלו "להבין" את תנועות הגוף שלו ולמקם במרחב - טריק שנקרא פרופריוספציה זה כבר מדובב ה"חוש השישי" של התפיסה האנושית ומיושם רק לעתים רחוקות ברובוטים.

עם כמה אתגרים, המחברים הציגו בשלב הבא את יכולתם של הבוטים. רובוט אחד ניווט במומחיות סביב מחסומים בזמן אמת כשאדם הוריד מחסומים ברצף על סמך משוב אולטרסאונד. בבדיקה נוספת, הרובוט קפץ למרחקים ארוכים וניווט בצורה מומחית בפניות חדות. עם רק אלפיות שנייה של עיכוב, הצפרדע הרובוטית קפצה לכמה משטחים גסים בלי להזיע - משימה מוטורית שבעבר הבליעה בוטים אחרים.

המיליבוטים גם יצרו פרדות חבילה נהדרות. אפילו עם 500 אחוז משקל במטען - כגון מקור כוח מובנה, דרייבר ומיקרו-בקר - הם הצליחו לנוע בקלות עם ירידה של 20 אחוז בלבד במהירות. בפועל, כוח העל הופך את הבוטים הללו לפיגומים נהדרים כמכונות העברת סמים שעשויות יום אחד לשוטט במחזור הדם שלנו.

דרך ללכת

חתיכה בודדת של חומר פיזואלקטרי יכולה להיות גמישה ביותר, עם שש דרגות חופש - היכולת להתארך ליניארית בשלושה צירים (כמו לכופף את הזרוע קדימה, הצידה ואחורה) ולהסתובב בסיבוב. הודות לייצור המוסף של המחקר, קל לתכנן ארכיטקטורות רובוטיות שונות המונחות על ידי אלגוריתמים יצירתיים.

הצוות "שזר באמנות הפעלה ותפיסה במיניאטורה קלת משקל

סריג תלת מימדי מורכב שזז ומרגיש את סביבתו", אמר רפסנג'אני.

הרובוטים עשויים להיראות כחידה לא מתאימה: יצור גמיש שעשוי מעמוד שדרה קשיח דמוי קרמיקה עם מטא-חומר אחד. אבל גם אנחנו בני האדם - אנחנו עשויים מתאי עם צורות, גדלים ויכולות שונות בתכלית. התאמת רעיונות המשמשים לעיצוב רובוטים פיזואלקטריים מעניקה לרובוטיקה הרכה השקפה חדשה, שעלולה להוביל לחומרים מלאכותיים לחלוטין שמתחברים עם גופנו.

המחקר "מקרב מטא-חומרים רובוטיים למערכות ביולוגיות, פונקציה אחת בכל פעם", אמר רפסנג'אני.

קרדיט תמונה: Rayne Research Group

• Coinsmart. בורסת הביטקוין והקריפטו הטובה באירופה.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה חופשית.
• CryptoHawk. רדאר אלטקוין. ניסיון חינם.
• מקור: https://singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/