Bu 3D Basılı Millirobotlar Çevrelerini Algılayabilir ve Tepki Verebilir

Milirobot, karmaşık bir labirentte ustalıkla gezinirken sevimli bir çizgi film aracına benziyordu. Garip bir yaratık: dibi çökmüş bir çiti andırıyor; üstte, kevgir gibi bir sepet. Bir kuruş büyüklüğünde, kırılgan ve tamamen alçakgönüllü görünüyor.

Ancak özünde, yerel çevresini algılayabilen ve tepki verebilen otonom robotlar oluşturmak için potansiyel bir paradigma kayması var. Birden fazla bileşenle bir araya getirilen klasik robotların aksine, millirobot 3D baskılı Birkaç elektrik geçişi ile özelliklerini esnek bir şekilde değiştirebilen süt gibi görünen bir meta malzeme ile.

Metamalzemeler kulağa çizgi romandan fırlamış gibi geliyor ama konsept basit. Yapılarını tutmak için kolayca güvendiğimiz ahşap, cam veya diğer statik malzemelerin aksine, çalışmada kullanılan meta malzemeler - piezoelektrik malzemeler - elektromanyetik bir alanla püskürtüldüklerinde yapılarını kolayca değiştirir. Bu, malzemenin bükülmesine, bükülmesine, büzülmesine veya genişlemesine izin verir. Her hareketin haritasını çıkarın ve bir robot inşa etmek ve yönlendirmek mümkündür.

Botu oluşturmak için ekip tasarlanmış Piezoelektrik malzemeleri kullanarak robotik yapıları basmak için bir 3D baskı kurulumu. Ek bir eklenti olarak ekip, botlara malzemeye bileşenleri yerleştiren bir ultrason parıltısı verdi ve bu da botların çevrelerini algılamak için titreşimleri elektriğe dönüştürmesine yardımcı oldu.

Milbotlar, gerçek zamanlı olarak otonom olarak yürümeyi, zıplamayı ve potansiyel engellerden kaçmayı öğrendi. Hatta kısmen yeşilliklerle kaplı engebeli, kumlu bir arazide kolayca gezinerek laboratuvarda mini bir plaj yürüyüşü bile yapabilirler.

Botlar, henüz ilkel olmalarına rağmen, bir gün, eğer küçülürlerse, vücudumuzdaki kapalı alanlara ilaç verilmesine yardımcı olabilir. Yeni veya tehlikeli ortamları keşfetmek için ucuz, küçük ama güçlü izciler olarak da hareket edebilirler.

Güney Danimarka Üniversitesi, Yumuşak Robotik Merkezi'nden Dr. Ahmad Rafsanjani'ye, kim karışmadı Çalışmada milibotlar, otonom robotlar inşa etmenin yeni bir yolu olarak metamalzemeleri ön plana çıkarıyor. Çalışma, ilgili bir yorumda “malzemeler ve makineler arasındaki sınırın ayırt edilemez hale geldiği daha geniş bir 'robotik malzeme' görüşünü vurguluyor” diye yazdı. Piezoelektrik metamalzemelerin eklemeli üretimi, sonunda bir 3D yazıcıdan doğrudan çıkabilen tam entegre robotların gerçekleştirilmesine yol açabilir.”

Meta-Ne?

Metamalzemeler garip. Ancak egzotik özellikleri sayesinde, bilim adamları bu garip ördeklerin potansiyel kullanımlarını kolayca keşfettiler. Klasik olanı optiktir. Metamalzemeler genellikle ışık da dahil olmak üzere elektromanyetik dalgalarla esnek bir şekilde etkileşime giren bileşenlerden yapılır. Bir bakıma kamera lenslerine veya aynalara benziyorlar, ancak her ışık dalgasını nasıl yönlendirdiklerini hızla değiştirecek süper güce sahipler. Teorik olarak, metamalzemelerden özenle oluşturulmuş bir yapı, mikroskop lenslerinden yüzümüzdekilere kadar her türlü gözlüğü elden geçirebilir.

Daha yakın zamanlarda, bilim adamları diğer kullanımları keşfetmeye başladılar. Büyük çabalardan biri, piezoelektrik malzemeleri, beynin bilgiyi nasıl hesapladığını ve depoladığını kabaca simüle eden nöromorfik çiplere dahil etmektir. Bilim adamları, bu malzemelerin özelliklerini elektrik alanlarıyla değiştirerek, sinapsların ultra düşük enerjiyle nasıl çalıştığını tahmin edebilirler. Diğer çalışmalar metamalzemelerin şekillerini değiştirmek için akrobatik yeteneklerinden yararlanıldı, doğrusal hareketi (örneğin bir yengeç yürüyüşü) dönüşlere ve mekanik dişlilere dönüştüren yapılar yarattı. Sanki bacaklarınız aniden dönen tekerleklere dönüşüyor.

Evet, metamalzemeler tuhaf. Nasıl çalışırlar?

olarak hayal etmelerine yardımcı olur. antenli eski tarz kutulu TV'ler. Kanalı, yani malzemenin davranışını ayarlamak için, antenleri yapıları radyo dalgalarıyla güçlü bir şekilde etkileşime girene kadar hareket ettirirsiniz.á, malzemenin durumunu çivilediniz. Daha sonra, metamorfoz özelliklerini korurken karmaşık, kafes benzeri yapılar oluşturmak için geleneksel malzemelerle karıştırılabilir. Bu esneklik, onları robot tasarlamak için özellikle ilgi çekici bir tuval haline getiriyor. Neredeyse tek bir yapı oldukları için, uzun vadede akıllı yapılar oluşturmaya yardımcı olabilirler. protez mekanik hareketli parçalara sahip olmadıkları için arızaya daha az eğilimlidirler. Lehimlemek yerine artık 3D yazdırılabilirler. (Bu bana tüm Westworld vibes - mekanik Dolores'e karşı sütlü-sıvı baskılı versiyon, kimse var mı?).

Stranger şeyler

Yeni milibotlar, Wall-E ve TARS arasında bir melez gibi görünüyor, çıkıntılı, katlanır, çubuk benzeri bir robot. yıldızlar arası. Tamamen 3D baskılı, robotlar inşa etmek için geleneksel dogmayı paramparça ettiler. Normalde bir robotun birkaç bağımsız bileşene ihtiyacı vardır: çevrede gezinmek için sensörler, "beyin için mikroişlemciler", hareket için aktüatörler ve tüm sistemi çalıştırmak için bir güç kaynağı. Her bağlantı başarısızlığa açıktır.

Burada ekip, her bir bileşeni tek bir tasarıma entegre etti. İlk anahtar bileşen, elektrik alanlarını mekanik gerilime ve bunun tam tersine dönüştüren piezoelektrik malzemelerdir. Robotun hareketini yönlendiren “kaslar”dır. Ama üçlü görev yapıyorlar. Metamalzemenin durumuna bağlı olarak, milibotun şeklini korumasına yardımcı olmak için seramik benzeri bir omurga oluşturabilir. İletken fazında, "kasları" kontrol etmek için elektromanyetik sinyalleri yakalayan sinir hücreleri gibi davranır. Botun hünerini daha da artıran bir diğer unsur ise, robotun çevresini algılamasına yardımcı olan, robotun üzerinde birleştirilen ultrasonik bir unsurdur.

Toplamda, basit milibot esasen tek bir göze batan beyaz yapışkan maddede karıştırılmış birden fazla sisteme sahiptir: algılama ve harekete geçirme yeteneğine sahip bir sinir sistemi, bir "kas" bileşeni ve bir iskelet yapısı. Goo'yu bir 3D yazıcıya bırakan ekip, robotun omurgası olarak her biri belirli bölgelere iletken metaller ve piezoelektrik özelliklerle özenle dekore edilmiş sofistike kafesler inşa etti.

Sonuç? Çevresini algılamak ve gezinmek için elektrik alanlarından yararlanan küçük bir robot. Daha da etkileyici olanı, kendi vücut hareketlerini ve uzaydaki yerini "anlama" yeteneğidir - propriyosepsiyon adı verilen bir numara. bu dublaj yapıldı insan algısının “altıncı hissi” ve nadiren robotlarda uygulanıyor.

Birkaç zorlukla, yazarlar daha sonra botların hünerlerini sergilediler. Bir robot, ultrason geri bildirimine dayalı olarak engelleri sırayla düşüren bir insan olarak gerçek zamanlı olarak barikatların etrafında ustaca gezindi. Başka bir testte, robot uzun mesafeleri atladı ve keskin dönüşleri ustaca yönlendirdi. Sadece milisaniyelik bir gecikmeyle, robot kurbağa birkaç pürüzlü yüzeyi hiç terlemeden atladı; bu, daha önce diğer robotları şaşırtan bir motor göreviydi.

Milibotlar ayrıca harika katırlar yaptılar. Tümleşik güç kaynağı, sürücü ve mikro denetleyici gibi yükte yüzde 500 ağırlıkla bile, hızda yalnızca yüzde 20'lik bir düşüşle kolayca hareket edebildiler. Uygulamada, süper güç, bu robotları, bir gün kan dolaşımımızda dolaşabilecek ilaç dağıtım makineleri olarak harika iskeleler haline getiriyor.

Gitmenin Yolları

Tek bir piezoelektrik malzeme parçası, altı serbestlik derecesi ile son derece esnek olabilir - üç eksende doğrusal olarak uzanma (kolunuzu öne, yana ve arkaya bükmek gibi) ve döner şekilde bükülme yeteneği. Çalışmanın eklemeli üretimi sayesinde, yaratıcı algoritmalar tarafından yönlendirilen farklı robotik mimariler tasarlamak kolaydır.

Ekip, "hafif bir minyatürde harekete geçirme ve algıyı ustaca iç içe geçirdi"

Etrafta hareket eden ve çevresini algılayan kompozit 3D kafes,” dedi Rafsanjani.

Robotlar uyumsuz bir muamma olarak ortaya çıkabilir: tek bir meta malzeme ile sert seramik benzeri omurgadan yapılmış esnek bir yaratık. Ama biz insanlar da çok farklı şekil, boyut ve yeteneklere sahip hücrelerden yapılmışız. Piezoelektrik robotları tasarlamak için kullanılan fikirleri uyarlamak, yumuşak robotiklere yeni bir görünüm kazandırarak, potansiyel olarak vücudumuzla hareket eden tamamen yapay malzemelere yol açar.

Rafsanjani, çalışmanın "robotik meta malzemeleri biyolojik sistemlere, her seferinde bir işleve yaklaştırdığını" söyledi.

İmaj Kredisi: Rayne Araştırma Grubu

• Akıllı para. Avrupa'nın En İyi Bitcoin ve Kripto Borsası.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. SERBEST ERİŞİM.
• KriptoHawk. Altcoin Radarı. Ücretsiz deneme.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/