Origami-basert integrasjon av roboter som føler, bestemmer og reagerer

04. april 2023 (Nanowerk Nyheter) Robotikere har brukt en teknikk som ligner den eldgamle kunsten med papirbretting for å utvikle autonome maskiner av tynne, fleksible ark. Disse lette robotene er enklere og billigere å lage og mer kompakte for enklere lagring og transport. Imidlertid, de stive databrikkene som tradisjonelt er nødvendig for å muliggjøre avanserte robotegenskaper – sanse, analysere og reagere på omgivelsene – legger ekstra vekt på de tynne arkmaterialene og gjør dem vanskeligere å brette. De halvlederbaserte komponentene må derfor legges til etter at en robot har fått sin endelige form. Nå har et tverrfaglig team ledet av forskere ved UCLA Samueli School of Engineering laget en ny fabrikasjonsteknikk for fullt sammenleggbare roboter som kan utføre en rekke komplekse oppgaver uten å stole på halvledere. En studie som beskriver forskningsfunnene ble publisert i Nature Communications ("Origami-basert integrasjon av roboter som føler, bestemmer og reagerer"). En origami-inspirert robot designet av et UCLA-ledet team som kan snu retning når en av antennene registrerer en hindring. (Wenzhong Yan, UCLA) Ved å bygge inn fleksible og elektrisk ledende materialer i et forhåndskåret, tynt polyesterfilmark, skapte forskerne et system med informasjonsbehandlingsenheter, eller transistorer, som kan integreres med sensorer og aktuatorer. De programmerte deretter arket med enkle datamaskinanalogiske funksjoner som emulerer halvledere. Etter å ha kuttet, brettet og satt sammen, forvandlet arket seg til en autonom robot som kan sanse, analysere og handle som svar på omgivelsene deres med presisjon. Forskerne kalte robotene deres "OrigaMechs", en forkortelse for Origami MechanoBots. "Dette arbeidet fører til en ny klasse origami-roboter med utvidede evner og nivåer av autonomi samtidig som de opprettholder de gunstige egenskapene knyttet til origami-foldebasert fabrikasjon," sa studieleder Wenzhong Yan, en doktorgradsstudent i maskiningeniør ved UCLA. OrigaMechs hentet sine databehandlingsevner fra en kombinasjon av mekaniske origami-multipleksede brytere skapt av foldene og programmerte boolske logiske kommandoer, som "AND", "OR" og "NOT." Bryterne muliggjorde en mekanisme som selektivt sender ut elektriske signaler basert på variabelt trykk og varmeinngang i systemet. Ved å bruke den nye tilnærmingen bygde teamet tre roboter for å demonstrere systemets potensial:

en insektlignende gårobot som snur retning når en av antennene registrerer en hindring

en Venus fluefanger-lignende robot som omslutter et "bytte" når begge kjevesensorene oppdager et objekt

en omprogrammerbar tohjulsrobot som kan bevege seg langs forhåndsdesignede baner med forskjellige geometriske mønstre

En Venus fluefanger-lignende robot som omslutter et "bytte" når begge kjevesensorene oppdager et objekt. (Bilde: UCLA) Mens robotene var bundet til en strømkilde for demonstrasjonen, sa forskerne at det langsiktige målet ville være å utstyre de autonome origami-robotene med et innebygd energilagringssystem drevet av tynnfilmslitiumbatterier. Den brikkefrie designen kan føre til roboter som kan jobbe i ekstreme miljøer - sterke strålings- eller magnetiske felt, og steder med intense radiofrekvenssignaler eller høye elektrostatiske utladninger - der tradisjonell halvlederbasert elektronikk kanskje ikke fungerer. "Disse typer farlige eller uforutsigbare scenarier, for eksempel under en naturkatastrofe eller menneskeskapt katastrofe, kan være der origami-roboter viste seg å være spesielt nyttige," sa hovedetterforsker Ankur Mehta, en assisterende professor i elektro- og datateknikk og direktør for UCLAs laboratorium for innebygde maskiner og allestedsnærværende roboter. "Robotene kan designes for spesialfunksjoner og produseres på forespørsel veldig raskt," la Mehta til. "Også, selv om det er veldig langt unna, kan det være miljøer på andre planeter der oppdagelsesroboter som er ugjennomtrengelige for disse scenariene ville være svært ønskelig." Forhåndsmonterte roboter bygget med denne fleksible cut-and-fold-teknikken kan transporteres i flat emballasje for massiv plassbesparelse. Dette er viktig i scenarier som romfart, der hver kubikkcentimeter teller. De rimelige, lette og enkle å lage robotene kan også føre til innovative pedagogiske verktøy eller nye typer leker og spill.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62741.php