これらの3D印刷されたミリロボットは、周囲を感知して反応することができます

ミリロボットは、複雑な迷路を巧みにナビゲートしたため、愛らしい漫画の乗り物のように見えました。 それは奇妙な生き物です。底は折りたたまれた柵に似ています。 トップ、ザルのようなバスケット。 ペニーの大きさで、壊れやすく、まったく気取らないようです。

しかし、その核となるのは、ローカル環境を感知して応答できる自律型ロボットを構築するための潜在的なパラダイムシフトです。 複数のコンポーネントで組み立てられる従来のロボットとは異なり、ミリロボットは 3D印刷 乳白色に見えるメタマテリアルを使用して、数回の電気的ザップでその特性を柔軟に変更できます。

メタマテリアルは漫画本のようなもののように聞こえますが、概念は単純です。 木、ガラス、またはそれらの構造を保持するために私たちが容易に依存する他の静的材料とは異なり、研究で使用されるメタマテリアル（圧電材料）は、電磁場で爆破されると構造を簡単に変更します。 これにより、材料がねじれたり、ゆがんだり、収縮したり、膨張したりすることができます。 それぞれの動きを計画すると、ロボットを構築して操縦することができます。

ボットを構築するために、チーム 設計 圧電材料を使用してロボット構造を印刷するための3D印刷セットアップ。 追加のアドオンとして、チームはボットに超音波グローアップを与え、コンポーネントを素材に埋め込んで、ボットが振動を電気に変えて環境を感知するのを助けました。

ミリボットは、自律的に歩き、ジャンプし、潜在的な障害物からリアルタイムで脱出することを学びました。 彼らは研究室でミニビーチハイキングをすることさえでき、部分的に緑に覆われた起伏のある砂地を簡単にナビゲートすることができました。

ボットはまだ初歩的ですが、縮小された場合、いつの日か私たちの体の限られたスペースに薬を届けるのに役立つ可能性があります。 彼らはまた、新しいまたは危険な環境を探索するための安価で小さいが強力なスカウトとして機能するかもしれません。

南デンマーク大学ソフトロボティクスセンターのAhmadRafsanjani博士に 関与しなかった人 この研究では、ミリボットは自律型ロボットを構築するための新しい方法としてメタマテリアルを脚光を浴びています。 この研究は、「材料と機械の境界が識別できなくなる「ロボット材料」のより広い見方を強調している」と彼は関連する解説に書いている。 「圧電メタマテリアルの追加製造は、完全に統合されたロボットの実現につながる可能性があり、最終的には3Dプリンターから直接出て行く可能性があります。」

メタ-何？

メタマテリアルは奇妙です。 しかし、そのエキゾチックな特性のおかげで、科学者たちはこれらの奇妙なアヒルの潜在的な用途を容易に探求してきました。 古典的なものは光学です。 メタマテリアルは、多くの場合、光を含む電磁波と柔軟に相互作用するコンポーネントで構成されています。 ある意味、カメラのレンズやミラーに似ていますが、すべての光波の方向をすばやく変える超能力を備えています。 理論的には、メタマテリアルから慎重に作成された構造は、顕微鏡レンズから顔のレンズまで、あらゆるタイプの眼鏡をオーバーホールする可能性があります。

最近では、科学者は他の用途を模索し始めました。 主な取り組みのXNUMXつは、圧電材料をニューロモルフィックチップに組み込むことです。これは、脳が情報を計算して保存する方法を大まかにシミュレートします。 これらの材料の特性を電場で変化させることにより、科学者はシナプスが超低エネルギーでどのように機能するかを概算できます。 その他の研究 メタマテリアルの形状を変形させるアクロバティックな能力を利用して、線形運動（たとえば、カニの歩行）を回転や機械的な歯車に変換する構造を作成します。 まるで足が突然回転する車輪に変わったかのようです。

ええ、メタマテリアルは奇妙です。 それらはどのように機能しますか？

それらを次のように想像するのに役立ちます アンテナ付きの昔ながらの箱入りテレビ。 チャネル、つまりマテリアルの動作を調整するには、アンテナの構造が電波と強く相互作用するまでアンテナを動かし、ボイルします。á、マテリアルの状態を釘付けにしました。 次に、従来の材料とブレンドして、変態特性を維持しながら、複雑な格子状の構造を構築できます。 この柔軟性により、ロボットを設計するための特に興味深いキャンバスになっています。 それらはほぼ単一の構造であるため、長期的には、インテリジェントな構築に役立つ可能性があります 補綴 機械的な可動部品がないため、故障しにくいです。 はんだ付けではなく、3Dプリントできるようになりました。 （これは私にすべてを与えます ウエストワールド 雰囲気—機械的なドロレスと乳白色の液体の印刷版、誰か？）

Stranger Things

新しいミリボットは、ウォーリーとTARSのハイブリッドのように見えます。これは、隆起した折りたたみ式の箸風ロボットです。 星間の。 完全に3D印刷された彼らは、ロボットを構築するための従来の教義を打ち砕きました。 通常、ロボットには、環境をナビゲートするセンサー、「脳」用のマイクロプロセッサー、運動用のアクチュエーター、システム全体を駆動する電源など、いくつかの独立したコンポーネントが必要です。 各リンクは失敗する傾向があります。

ここでは、チームが各コンポーネントをXNUMXつの設計に統合しました。 最初の重要な成分は圧電材料であり、電界を機械的張力に、またはその逆に変換します。 それらは、ロボットの動きを導く「筋肉」です。 しかし、彼らは三重の義務を果たします。 メタマテリアルの状態によっては、セラミックのようなバックボーンを形成して、ミリボットがその形状を維持するのに役立ちます。 伝導相では、神経細胞のように機能し、電磁信号を捕捉して「筋肉」を制御します。 ボットの能力をさらに高めるのは、ボットに溶け込んだ超音波要素であり、ボットが周囲を感知するのに役立ちます。

全体として、単純なミリボットは基本的に、複数のシステムが3つのまぶしい白いグーに混合されています。つまり、感知と作動が可能な神経系、「筋肉」コンポーネント、および骨格構造です。 グーをXNUMXDプリンターに落とし込み、チームはロボットのバックボーンとして洗練された格子を構築しました。各格子は、特定の領域に導電性金属と圧電特性で注意深く装飾されています。

結果？ 電界を利用して環境を感知してナビゲートする小さなロボット。 さらに印象的なのは、自身の体の動きを「理解」して宇宙に配置する能力です。これは固有受容感覚と呼ばれるトリックです。 吹き替えです 人間の知覚の「第六感」であり、ロボットに実装されることはめったにありません。

いくつかの課題を抱えて、著者は次にボットの腕前を披露しました。 人間が超音波フィードバックに基づいてバリアを順番に落としたときに、XNUMX台のロボットがリアルタイムで障害物を巧みにナビゲートしました。 別のテストでは、ロボットは長距離を飛び回り、巧妙に鋭いターンをナビゲートしました。 わずか数ミリ秒の遅延で、ロボットのカエルは汗をかくことなくいくつかの粗い表面を飛び越えました。これは、以前は他のボットを当惑させていたモータータスクです。

ミリボットも素晴らしいパックラバを作りました。 オンボード電源、ドライバー、マイクロコントローラーなどのペイロードの重量が500％であっても、速度を20％低下させるだけで、簡単に移動できました。 実際には、超大国はこれらのボットを、いつか私たちの血流を歩き回る可能性のあるドラッグデリバリーマシンとしての素晴らしい足場にします。

行く方法

XNUMX枚の圧電材料は非常に柔軟性があり、XNUMXつの自由度があります。つまり、XNUMXつの軸で直線的に伸び（腕を前、横、後ろに曲げるなど）、回転してねじることができます。 この研究の積層造形のおかげで、創造的なアルゴリズムによって導かれるさまざまなロボットアーキテクチャを簡単に設計できます。

チームは「軽量のミニチュアで作動と知覚を巧みに織り交ぜました

動き回って周囲を感知する複合3D格子」と、ラフサンジャニは述べています。

ロボットは、不調和な難問として外れる可能性があります。XNUMXつのメタマテリアルを備えた硬いセラミックのようなバックボーンでできている柔軟な生き物です。 しかし、私たち人間もそうです。私たちは、形、サイズ、機能が大きく異なる細胞でできています。 圧電ロボットの設計に使用されたアイデアを適応させることで、ソフトロボティクスに新しい展望がもたらされ、私たちの体と調和する完全に人工的な材料につながる可能性があります。

この研究は、「ロボットのメタマテリアルを生物学的システムに近づけ、一度にXNUMXつの機能を実現する」とRafsanjani氏は述べています。

画像クレジット：Rayne Research Group

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• ソース：https：//singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/