Op origami gebaseerde integratie van robots die voelen, beslissen en reageren

04 april 2023 (Nanowerk Nieuws) Robotici hebben een techniek gebruikt die vergelijkbaar is met de oude kunst van het vouwen van papier om autonome machines te ontwikkelen uit dunne, flexibele vellen. Deze lichtgewicht robots zijn eenvoudiger en goedkoper te maken en compacter voor eenvoudiger opslag en transport. De stijve computerchips die traditioneel nodig zijn om geavanceerde robotcapaciteiten mogelijk te maken - het waarnemen, analyseren en reageren op de omgeving - voegen extra gewicht toe aan de dunne plaatmaterialen en maken ze moeilijker te vouwen. De op halfgeleiders gebaseerde componenten moeten daarom worden toegevoegd nadat een robot zijn definitieve vorm heeft aangenomen. Nu heeft een multidisciplinair team onder leiding van onderzoekers van de UCLA Samueli School of Engineering een nieuwe fabricagetechniek ontwikkeld voor volledig opvouwbare robots die verschillende complexe taken kunnen uitvoeren zonder afhankelijk te zijn van halfgeleiders. Een studie met de onderzoeksresultaten werd gepubliceerd in Nature Communications (“Op origami gebaseerde integratie van robots die voelen, beslissen en reageren”). Een op origami geïnspireerde robot ontworpen door een door UCLA geleid team dat van richting kan veranderen wanneer een van zijn antennes een obstakel detecteert. (Wenzhong Yan, UCLA) Door flexibele en elektrisch geleidende materialen in te bedden in een voorgesneden, dun polyester filmblad, creëerden de onderzoekers een systeem van informatieverwerkende eenheden, of transistors, die kunnen worden geïntegreerd met sensoren en actuatoren. Vervolgens programmeerden ze het vel met eenvoudige computeranaloge functies die die van halfgeleiders nabootsen. Eenmaal gesneden, gevouwen en in elkaar gezet, transformeerde het vel in een autonome robot die hun omgeving met precisie kan waarnemen, analyseren en reageren. De onderzoekers noemden hun robots "OrigaMechs", een afkorting van Origami MechanoBots. "Dit werk leidt tot een nieuwe klasse van origami-robots met uitgebreide mogelijkheden en niveaus van autonomie, terwijl de gunstige eigenschappen van op origami-vouwen gebaseerde fabricage behouden blijven", zegt hoofdauteur Wenzhong Yan, een doctoraatsstudent werktuigbouwkunde aan de UCLA. OrigaMechs ontleende hun rekenmogelijkheden aan een combinatie van mechanische origami-multiplexschakelaars gecreëerd door de vouwen en geprogrammeerde Booleaanse logische commando's, zoals "AND", "OR" en "NOT". De schakelaars maakten een mechanisme mogelijk dat selectief elektrische signalen afgeeft op basis van de variabele druk en warmte-invoer in het systeem. Met behulp van de nieuwe aanpak bouwde het team drie robots om het potentieel van het systeem te demonstreren:

een insectachtige lopende robot die van richting verandert wanneer een van zijn antennes een obstakel waarneemt

een Venus flytrap-achtige robot die een "prooi" omhult wanneer beide kaaksensoren een object detecteren

een herprogrammeerbare tweewielige robot die langs vooraf ontworpen paden van verschillende geometrische patronen kan bewegen

Een Venus flytrap-achtige robot die een "prooi" omhult wanneer beide kaaksensoren een object detecteren. (Afbeelding: UCLA) Terwijl de robots voor de demonstratie aan een stroombron waren vastgemaakt, zeiden de onderzoekers dat het langetermijndoel zou zijn om de autonome origami-robots uit te rusten met een ingebed energieopslagsysteem dat wordt aangedreven door dunne-film lithiumbatterijen. Het chipvrije ontwerp kan ertoe leiden dat robots in extreme omgevingen kunnen werken - sterke stralings- of magnetische velden en plaatsen met intense radiofrequentiesignalen of hoge elektrostatische ontladingen - waar traditionele op halfgeleiders gebaseerde elektronica mogelijk niet functioneert. "Dit soort gevaarlijke of onvoorspelbare scenario's, zoals tijdens een natuurramp of door de mens veroorzaakte ramp, zou kunnen zijn waar origami-robots bijzonder nuttig bleken te zijn", zei hoofdonderzoeker Ankur Mehta, een assistent-professor in elektrische en computertechniek en directeur van UCLA's Laboratory voor ingebedde machines en alomtegenwoordige robots. "De robots kunnen worden ontworpen voor speciale functies en zeer snel op verzoek worden vervaardigd", voegde Mehta eraan toe. "Hoewel het heel ver weg is, kunnen er ook omgevingen op andere planeten zijn waar ontdekkingsrobots die ongevoelig zijn voor die scenario's zeer wenselijk zouden zijn." Voorgemonteerde robots die met deze flexibele knip- en vouwtechniek zijn gebouwd, kunnen in een platte verpakking worden vervoerd voor enorme ruimtebesparing. Dit is belangrijk in scenario's zoals ruimtemissies, waar elke kubieke centimeter telt. De goedkope, lichtgewicht en eenvoudig te fabriceren robots kunnen ook leiden tot innovatieve educatieve hulpmiddelen of nieuwe soorten speelgoed en games.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62741.php