Những Millirobots được in 3D này có thể cảm nhận và phản ứng với môi trường xung quanh

Millirobot trông giống như một chiếc xe hoạt hình đáng yêu khi nó điều hướng thành thạo một mê cung phức tạp. Đó là một sinh vật kỳ lạ: phía dưới giống như một hàng rào bị sập; trên cùng, một cái rổ giống như chao. Kích thước của một đồng xu, nó có vẻ mỏng manh và hoàn toàn không khiêm tốn.

Nhưng cốt lõi của nó là một sự thay đổi mô hình tiềm năng để xây dựng các robot tự động có thể cảm nhận và phản ứng với môi trường địa phương của nó. Không giống như các robot cổ điển, được lắp ráp bằng nhiều thành phần, millirobot là In 3D với một siêu vật liệu trông như sữa có thể thay đổi các đặc tính của nó một cách linh hoạt bằng một vài nút bấm điện.

Siêu vật liệu nghe giống như một thứ gì đó trong truyện tranh, nhưng khái niệm này rất đơn giản. Không giống như gỗ, thủy tinh hoặc các vật liệu tĩnh khác mà chúng ta dễ dàng dựa vào để giữ cấu trúc của chúng, siêu vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu — vật liệu áp điện — dễ dàng thay đổi cấu trúc của chúng khi bị tác động bởi trường điện từ. Điều này cho phép vật liệu xoắn, co lại, co lại hoặc giãn nở. Lập bản đồ cho từng chuyển động và có thể chế tạo và điều khiển rô bốt.

Để xây dựng bot, nhóm thiết kế thiết lập in 3D để in ra các cấu trúc rô bốt sử dụng vật liệu áp điện. Như một tiện ích bổ sung, nhóm nghiên cứu đã cung cấp cho các bot một thiết bị phát sáng siêu âm, nhúng các thành phần vào vật liệu, giúp bot biến rung động thành điện năng để cảm nhận môi trường của chúng.

Các millibots đã học cách tự động đi lại, nhảy và thoát khỏi các chướng ngại vật tiềm ẩn trong thời gian thực. Họ thậm chí có thể đi bộ đường dài trên bãi biển nhỏ trong phòng thí nghiệm, dễ dàng di chuyển qua địa hình cát, gồ ghề được bao phủ một phần bởi cây xanh.

Các bot, mặc dù vẫn còn thô sơ, một ngày nào đó có thể giúp phân phối ma túy trong các không gian hạn chế trong cơ thể chúng ta nếu bị thu nhỏ lại. Chúng cũng có thể hoạt động như những người do thám rẻ tiền, nhỏ bé nhưng mạnh mẽ để khám phá những môi trường mới hoặc nguy hiểm.

Gửi Tiến sĩ Ahmad Rafsanjani tại Trung tâm Robot mềm, Đại học Nam Đan Mạch, ai không tham gia trong nghiên cứu, các millibots đưa siêu vật liệu vào ánh đèn sân khấu như một cách mới để chế tạo robot tự động. Nghiên cứu “làm nổi bật một cái nhìn rộng hơn về 'vật liệu robot' trong đó ranh giới giữa vật liệu và máy móc trở nên không thể phân biệt được," ông viết trong một bài bình luận liên quan. “Sản xuất phụ gia siêu vật liệu áp điện có thể dẫn đến việc vật chất hóa các rô bốt tích hợp đầy đủ, cuối cùng có thể bước thẳng ra khỏi máy in 3D”.

Meta-Cái gì?

Siêu vật liệu thật kỳ lạ. Nhưng nhờ những đặc tính kỳ lạ của chúng, các nhà khoa học đã dễ dàng khám phá ra những công dụng tiềm năng của loài vịt kỳ lạ này. Một trong những cổ điển là quang học. Siêu vật liệu thường được làm từ các thành phần tương tác linh hoạt với sóng điện từ, bao gồm cả ánh sáng. Theo một cách nào đó, chúng tương tự như ống kính máy ảnh hoặc gương, nhưng với siêu năng lực để thay đổi nhanh chóng cách chúng định hướng mọi sóng ánh sáng. Về lý thuyết, một cấu trúc được tạo ra cẩn thận từ siêu vật liệu có thể đại tu tất cả các loại kính — từ thấu kính của kính hiển vi đến kính trên khuôn mặt của chúng ta.

Gần đây, các nhà khoa học bắt đầu khám phá các công dụng khác. Một nỗ lực lớn là kết hợp các vật liệu áp điện vào các chip thần kinh đa hình, mô phỏng gần như cách bộ não tính toán và lưu trữ thông tin. Bằng cách thay đổi đặc tính của những vật liệu này bằng điện trường, các nhà khoa học có thể ước tính gần đúng cách các khớp thần kinh hoạt động với năng lượng cực thấp. Môn học khác khai thác vào khả năng nhào lộn của siêu vật liệu để biến đổi hình dạng của chúng, tạo ra các cấu trúc chuyển đổi chuyển động thẳng - chẳng hạn như đi bộ vào cua - thành chuyển động quay và bánh răng cơ học. Như thể đôi chân của bạn đột nhiên biến thành bánh xe quay.

Phải, siêu vật liệu thật kỳ lạ. Họ làm việc như thế nào?

Thật hữu ích khi tưởng tượng chúng là TV đóng hộp kiểu cũ có râu. Để điều chỉnh kênh — tức là hành vi của vật liệu — bạn di chuyển các ăng-ten xung quanh cho đến khi cấu trúc của chúng tương tác mạnh với sóng vô tuyến và rungá, bạn đã đóng đinh trạng thái của vật liệu. Sau đó, nó có thể được pha trộn với các vật liệu thông thường để xây dựng các cấu trúc phức tạp giống như mạng lưới trong khi vẫn bảo toàn các đặc tính biến chất của chúng. Tính linh hoạt này khiến chúng trở thành một khung cảnh đặc biệt hấp dẫn để thiết kế rô bốt. Bởi vì chúng là một cấu trúc gần như đơn lẻ, về lâu dài, chúng có thể giúp xây dựng chân tay giả ít bị hỏng hóc hơn, vì chúng không có các bộ phận chuyển động cơ học. Thay vì hàn, giờ đây chúng có thể được in 3D. (Điều này mang lại cho tôi tất cả Westworld rung cảm — Dolores cơ học so với phiên bản in lỏng như sữa, có ai không?).

Stranger Những điều

Các millibots mới trông giống như một sự lai tạo giữa Wall-E và TARS, một robot có hình gấp khúc, gấp khúc, hình chiếc đũa trong Giữa các vì sao. Được in 3D hoàn toàn, chúng phá vỡ giáo điều thông thường về việc chế tạo rô bốt. Thông thường, một robot cần một số thành phần độc lập: cảm biến để điều hướng môi trường, bộ vi xử lý cho “bộ não”, bộ truyền động để chuyển động và nguồn cung cấp năng lượng để điều khiển toàn bộ hệ thống. Mỗi liên kết dễ bị thất bại.

Ở đây, nhóm đã tích hợp mỗi thành phần vào một thiết kế. Thành phần quan trọng đầu tiên là vật liệu áp điện, có tác dụng chuyển đổi điện trường thành lực căng cơ học và ngược lại. Chúng là "cơ bắp" hướng dẫn chuyển động của robot. Nhưng họ làm nhiệm vụ gấp ba. Tùy thuộc vào trạng thái của siêu vật liệu, nó có thể tạo thành xương sống giống như gốm để giúp millibot duy trì hình dạng của nó. Trong giai đoạn dẫn điện, nó hoạt động giống như các tế bào thần kinh, bắt các tín hiệu điện từ để điều khiển “cơ”. Nâng cao hơn nữa sức mạnh của bot là một yếu tố siêu âm, được kết hợp với bot, giúp nó cảm nhận được môi trường xung quanh.

Nhìn chung, millibot đơn giản về cơ bản có nhiều hệ thống trộn lẫn thành một con goo trắng sáng chói: một hệ thống thần kinh có khả năng cảm nhận và hành động, một thành phần “cơ” và một cấu trúc xương. Thả goo vào máy in 3D, nhóm đã xây dựng các mạng tinh vi làm xương sống của robot, mỗi mạng được trang trí cẩn thận bằng các kim loại dẫn điện và đặc tính áp điện lên các vùng cụ thể.

Kết quả? Một robot nhỏ có thể chạm vào các trường điện để cảm nhận và điều hướng môi trường của nó. Ấn tượng hơn nữa là khả năng “hiểu” các chuyển động cơ thể của chính nó và đặt trong không gian — một thủ thuật được gọi là nhận thức nó đã được đặt tên "giác quan thứ sáu" về nhận thức của con người và hiếm khi được thực hiện trong robot.

Với một vài thử thách, các tác giả tiếp theo thể hiện sức mạnh của các bot. Một robot đã điều hướng thành thạo xung quanh các rào cản trong thời gian thực khi con người tuần tự thả xuống các rào cản dựa trên phản hồi siêu âm. Trong một thử nghiệm khác, robot đã nhảy những quãng đường dài và điều hướng những khúc cua gấp một cách thành thạo. Chỉ với một phần nghìn giây chậm trễ, ếch rô-bốt đã nhảy qua nhiều bề mặt gồ ghề mà không tốn một chút mồ hôi — một nhiệm vụ vận động trước đây khiến các bot khác hoang mang.

Các millibots cũng tạo ra những con la đóng gói tuyệt vời. Ngay cả khi có trọng lượng 500% trọng lượng — chẳng hạn như nguồn điện tích hợp, trình điều khiển và bộ vi điều khiển — chúng vẫn có thể di chuyển dễ dàng chỉ với tốc độ giảm 20%. Trên thực tế, siêu năng lực làm cho những con bot này trở thành giàn giáo vĩ đại như những cỗ máy phân phối ma túy mà một ngày nào đó có thể đi lang thang trong dòng máu của chúng ta.

Một con đường để đi

Một mảnh vật liệu áp điện có thể cực kỳ linh hoạt, với sáu bậc tự do — khả năng mở rộng tuyến tính theo ba trục (như uốn cong cánh tay của bạn về phía trước, sang ngang và ra sau) và xoắn theo chiều quay. Nhờ sản xuất phụ gia của nghiên cứu, thật dễ dàng để thiết kế các kiến ​​trúc rô bốt khác nhau được hướng dẫn bởi các thuật toán sáng tạo.

Nhóm “đã đan xen một cách nghệ thuật giữa hành động và nhận thức trong một bản thu nhỏ nhẹ

Rafsanjani nói.

Các robot có thể xuất hiện như một câu hỏi hóc búa không đáng có: một sinh vật linh hoạt được làm từ xương sống cứng như gốm với một siêu vật liệu. Nhưng con người chúng ta cũng vậy - chúng ta được tạo ra từ những tế bào có hình dạng, kích thước và khả năng vô cùng khác nhau. Các ý tưởng thích ứng được sử dụng để thiết kế rô bốt áp điện mang lại cho rô bốt mềm một triển vọng mới, có khả năng dẫn đến các vật liệu hoàn toàn nhân tạo có thể va chạm với cơ thể chúng ta.

Nghiên cứu “đưa siêu vật liệu robot đến gần hơn với các hệ thống sinh học, mỗi lần một chức năng,” Rafsanjani cho biết.

Tín dụng hình ảnh: Nhóm nghiên cứu Rayne

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://singularityhub.com/2022/06/21/these-3d-printed-millirobots-can-sense-and-react-to-their-surroundings/