이 3D 인쇄 밀리로봇은 주변 환경을 감지하고 반응할 수 있습니다.

밀리로봇은 복잡한 미로를 전문적으로 탐색할 때 사랑스러운 만화 차량처럼 보였습니다. 그것은 이상한 생물입니다. 바닥은 무너진 울타리와 비슷합니다. 상단, 소쿠리 같은 바구니. 한 푼의 크기는 연약하고 완전히 겸손해 보입니다.

그러나 그 핵심에는 지역 환경을 감지하고 대응할 수 있는 자율 로봇을 구축하기 위한 잠재적인 패러다임 전환이 있습니다. 여러 부품으로 조립되는 기존 로봇과 달리 밀리로봇은 3D 인쇄 몇 번의 전기 충격으로 속성을 유연하게 변경할 수 있는 유백색의 메타 물질을 사용합니다.

메타물질은 만화책에서 튀어나온 것처럼 들리지만 개념은 간단합니다. 구조를 유지하기 위해 쉽게 의존하는 나무, 유리 또는 기타 정적 재료와 달리, 연구에 사용된 메타 재료(압전 재료)는 전자기장을 가하면 구조를 쉽게 변경합니다. 이렇게 하면 재료가 비틀리거나, 뒤틀리거나, 줄어들거나 확장됩니다. 각 움직임을 매핑하면 로봇을 만들고 조종할 수 있습니다.

봇을 구축하기 위해 팀은 설계 압전 재료를 사용하여 로봇 구조를 인쇄하는 3D 인쇄 설정. 추가 추가 기능으로 팀은 봇에 초음파 글로우업을 제공하여 구성 요소를 재료에 내장하여 봇이 진동을 전기로 변환하여 환경을 감지하는 데 도움이 되었습니다.

밀리봇은 실시간으로 잠재적인 장애물로부터 자율적으로 걷고, 뛰고, 탈출하는 법을 배웠습니다. 그들은 심지어 부분적으로 녹지로 덮인 거친 모래 지형을 쉽게 탐색하면서 연구실에서 미니 해변 하이킹을 할 수도 있습니다.

봇은 아직 초보적이지만 축소되면 언젠가는 우리 몸의 좁은 공간에 약물을 전달하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그들은 또한 저렴하고 작지만 강력한 정찰병으로 활동하여 새롭고 위험한 환경을 탐험할 수 있습니다.

남덴마크대학교 소프트로보틱스센터의 Ahmad Rafsanjani 박사에게, 누가 관여하지 않았는가 이 연구에서 밀리봇은 자율 로봇을 구성하는 새로운 방법으로 메타 물질을 각광받고 있습니다. 그는 관련 논평에서 “이 연구는 재료와 기계의 경계가 불분명해지는 '로봇 재료'에 대한 보다 넓은 시각을 조명한다”고 썼다. "압전 메타물질의 적층 제조는 결국 3D 프린터에서 바로 나올 수 있는 완전히 통합된 로봇의 구체화로 이어질 수 있습니다."

메타-뭐?

메타 물질은 이상합니다. 그러나 이국적인 특성 덕분에 과학자들은 이 이상한 오리의 잠재적인 용도를 쉽게 탐색했습니다. 고전적인 것은 광학입니다. 메타 물질은 종종 빛을 포함한 전자기파와 유연하게 상호 작용하는 구성 요소로 만들어집니다. 어떤 면에서는 카메라 렌즈나 거울과 비슷하지만 모든 광파를 지시하는 방식을 빠르게 바꾸는 초능력이 있습니다. 이론적으로 메타물질로 신중하게 만들어진 구조는 현미경 렌즈에서 얼굴에 있는 안경에 이르기까지 모든 유형의 안경을 정밀 검사할 수 있습니다.

보다 최근에 과학자들은 다른 용도를 모색하기 시작했습니다. 한 가지 주요 노력은 압전 재료를 뉴로모픽 칩에 통합하는 것입니다. 이는 뇌가 정보를 계산하고 저장하는 방법을 대략적으로 시뮬레이션합니다. 전기장으로 이러한 물질의 특성을 변경함으로써 과학자들은 시냅스가 초저 에너지에서 어떻게 작동하는지 대략적으로 알 수 있습니다. 기타 연구 형태를 변형하는 메타물질의 곡예 능력을 활용하여 선형 운동(예: 게 걷기)을 회전 및 기계 기어로 변환하는 구조를 만듭니다. 마치 다리가 갑자기 회전하는 바퀴로 변하는 것과 같습니다.

네, 메타물질이 이상합니다. 그들은 어떻게 작동합니까?

다음과 같이 상상하는 데 도움이 됩니다. 안테나가 있는 구식 박스형 TV. 채널, 즉 재료의 동작을 조정하려면 안테나의 구조가 전파와 강하게 상호 작용할 때까지 안테나를 이리저리 움직입니다.á, 재료의 상태를 파악했습니다. 그런 다음 기존 재료와 혼합하여 변형 특성을 유지하면서 복잡하고 격자와 같은 구조를 만들 수 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 로봇을 설계할 때 특히 흥미로운 캔버스가 됩니다. 그것들은 거의 단일 구조이기 때문에 장기적으로 지능형 건물을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 보철 기계적으로 움직이는 부품이 없기 때문에 고장이 덜 납니다. 이제 납땜 대신 ​​3D 인쇄가 가능합니다. (이것은 나에게 모든 것을 제공합니다. 웨스트 월드 바이브 - 기계식 Dolores 대 유백색 인쇄 버전, 누구?).

낯선 것들

새로운 밀리봇은 Wall-E와 TARS의 하이브리드처럼 보입니다. 별과 별 사이의. 완전히 3D로 인쇄되어 로봇 제작에 대한 기존의 도그마를 깨뜨렸습니다. 일반적으로 로봇은 환경을 탐색하기 위한 센서, "뇌"를 위한 마이크로프로세서, 움직임을 위한 액추에이터, 전체 시스템을 구동하기 위한 전원과 같은 몇 가지 독립적인 구성 요소가 필요합니다. 각 링크는 실패하기 쉽습니다.

여기에서 팀은 각 구성 요소를 하나의 디자인으로 통합했습니다. 첫 번째 핵심 성분은 전기장을 기계적 장력으로 또는 그 반대로 변환하는 압전 재료입니다. 그들은 로봇의 움직임을 안내하는 "근육"입니다. 그러나 그들은 삼중 임무를 수행합니다. 메타물질의 상태에 따라 세라믹과 같은 골격을 형성하여 밀리봇이 모양을 유지하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 전도성 단계에서 신경 세포처럼 작용하여 "근육"을 제어하기 위해 전자기 신호를 포착합니다. 봇의 기량을 더욱 높여주는 것은 초음파 요소로 봇에 결합되어 주변을 감지하는 데 도움이 됩니다.

전체적으로 단순한 밀리봇은 본질적으로 감지 및 작동이 가능한 신경계, "근육" 구성 요소 및 골격 구조와 같은 하나의 눈부신 흰색 끈적거림으로 혼합된 여러 시스템을 가지고 있습니다. 끈적한 점을 3D 프린터에 떨어뜨려 로봇의 중추 역할을 하는 정교한 격자를 만들었습니다. 각 격자는 특정 영역에 전도성 금속과 압전 특성으로 세심하게 장식되었습니다.

결과? 환경을 감지하고 탐색하기 위해 전기장을 이용하는 작은 로봇. 훨씬 더 인상적인 것은 자신의 신체 움직임과 공간에서의 위치를 ​​"이해"하는 능력입니다. 그것이 더빙되었습니다 인간 지각의 "육감"이며 로봇에서는 거의 구현되지 않습니다.

몇 가지 도전 과제를 통해 저자는 다음으로 봇의 기량을 선보였습니다. 한 로봇은 인간이 초음파 피드백을 기반으로 장벽을 순차적으로 떨어뜨리면서 실시간으로 장애물 주위를 전문적으로 탐색했습니다. 또 다른 테스트에서 로봇은 장거리를 뛰어다니며 급회전을 전문적으로 탐색했습니다. 불과 XNUMX분의 XNUMX초의 지연으로 로봇 개구리는 땀을 흘리지 않고 여러 개의 거친 표면을 뛰어다녔습니다.

밀리봇은 또한 훌륭한 노새를 만들었습니다. 온보드 전원, 드라이버, 마이크로컨트롤러와 같은 페이로드의 500% 무게에도 불구하고 속도가 20% 감소하면 쉽게 이동할 수 있습니다. 실제로, 초강대국은 이러한 봇을 언젠가는 우리의 혈류를 돌아다닐 수 있는 약물 전달 기계와 같은 훌륭한 발판으로 만듭니다.

갈 길

압전 재료의 단일 조각은 XNUMX개의 자유도(팔을 앞으로, 옆으로, 뒤로 구부리는 것과 같이 XNUMX개의 축으로 선형으로 확장하고 회전적으로 비틀 수 있는 기능)로 매우 유연할 수 있습니다. 이 연구의 적층 제조 덕분에 창의적인 알고리즘에 따라 다양한 로봇 아키텍처를 쉽게 설계할 수 있습니다.

팀 “가벼운 미니어처에 작동과 인식이 예술적으로 엮여 있습니다.

이리저리 움직이고 주변을 감지하는 합성 3D 격자”라고 Rafsanjani가 말했습니다.

로봇은 하나의 메타 물질과 함께 단단한 세라믹과 같은 골격으로 만들어진 유연한 생물이라는 부조리한 수수께끼처럼 보일 수 있습니다. 그러나 우리 인간도 마찬가지입니다. 우리는 모양, 크기 및 기능이 매우 다른 세포로 구성되어 있습니다. 압전 로봇을 설계하는 데 사용되는 아이디어를 적용하면 소프트 로봇 공학에 새로운 전망을 제공하여 잠재적으로 우리 몸과 함께 움직이는 완전히 인공 재료로 이어질 수 있습니다.

이 연구는 "로봇 메타물질을 한 번에 한 기능씩 생물학적 시스템에 더 가깝게 만듭니다."라고 Rafsanjani는 말했습니다.

이미지 크레디트: Rayne 연구 그룹

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