Tích hợp các rô-bốt có cảm giác, quyết định và phản hồi dựa trên Origami

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

04 Tháng Tư, 2023 (Tin tức Nanowerk) Các nhà chế tạo robot đã và đang sử dụng một kỹ thuật tương tự như nghệ thuật gấp giấy cổ xưa để phát triển các cỗ máy tự trị từ các tờ giấy mỏng, linh hoạt. Những rô-bốt nhẹ này chế tạo đơn giản hơn, rẻ hơn và nhỏ gọn hơn để dễ dàng cất giữ và vận chuyển hơn. Tuy nhiên, theo truyền thống, các chip máy tính cứng cần thiết để kích hoạt các khả năng tiên tiến của robot — cảm biến, phân tích và phản ứng với môi trường — làm tăng thêm trọng lượng cho các vật liệu dạng tấm mỏng và khiến chúng khó gấp lại hơn. Do đó, các thành phần dựa trên chất bán dẫn phải được thêm vào sau khi robot đã có hình dạng cuối cùng. Giờ đây, một nhóm đa ngành do các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Samueli của UCLA dẫn đầu đã tạo ra một kỹ thuật chế tạo mới cho rô-bốt có thể gập lại hoàn toàn, có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp mà không cần phụ thuộc vào chất bán dẫn. Một nghiên cứu trình bày chi tiết các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Nature Communications (“Sự tích hợp dựa trên origami của rô-bốt cảm nhận, quyết định và phản hồi”). robot lấy cảm hứng từ origami

Một rô-bốt lấy cảm hứng từ nghệ thuật xếp giấy do một nhóm do UCLA lãnh đạo thiết kế có thể đổi hướng khi một trong hai râu của rô-bốt cảm nhận được chướng ngại vật. (Wenzhong Yan, UCLA) Bằng cách nhúng các vật liệu dẫn điện và linh hoạt vào một tấm phim polyester mỏng, cắt sẵn, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống gồm các bộ phận xử lý thông tin, hoặc bóng bán dẫn, có thể được tích hợp với cảm biến và bộ truyền động. Sau đó, họ lập trình trang tính với các chức năng tương tự máy tính đơn giản mô phỏng các chức năng của chất bán dẫn. Sau khi được cắt, gấp và lắp ráp, tấm giấy biến thành một robot tự động có thể cảm nhận, phân tích và hành động để đáp ứng với môi trường của chúng một cách chính xác. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho robot của họ là “OrigaMechs”, viết tắt của Origami MechanoBots. Wenzhong Yan, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Công trình này dẫn đến một loại robot origami mới với khả năng và mức độ tự chủ được mở rộng trong khi vẫn duy trì các thuộc tính thuận lợi liên quan đến chế tạo dựa trên cách gấp origami”. OrigaMechs có được khả năng tính toán của họ từ sự kết hợp của các công tắc ghép kênh origami cơ học được tạo bởi các nếp gấp và các lệnh logic Boolean được lập trình, chẳng hạn như “VÀ”, “HOẶC” và “KHÔNG”. Các công tắc kích hoạt một cơ chế phát tín hiệu điện có chọn lọc dựa trên áp suất thay đổi và nhiệt đầu vào hệ thống. Sử dụng phương pháp mới, nhóm đã chế tạo ba robot để chứng minh tiềm năng của hệ thống:

một con rô-bốt đi bộ giống như côn trùng có thể đảo ngược hướng khi một trong hai râu của nó cảm nhận được chướng ngại vật

một rô-bốt giống như bẫy ruồi Venus bao bọc một “con mồi” khi cả hai cảm biến hàm của nó phát hiện một vật thể

một rô-bốt hai bánh có thể lập trình lại có thể di chuyển dọc theo các đường được thiết kế sẵn với các mẫu hình học khác nhau

Một rô-bốt giống như bẫy ruồi Venus bao bọc một “con mồi” khi cả hai cảm biến ở hàm của nó phát hiện ra một vật thể. (Hình ảnh: UCLA) Trong khi các robot được buộc vào nguồn điện để trình diễn, các nhà nghiên cứu cho biết mục tiêu dài hạn sẽ là trang bị cho các robot origami tự trị một hệ thống lưu trữ năng lượng nhúng được cung cấp bởi pin lithium màng mỏng. Thiết kế không có chip có thể giúp rô-bốt có khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt — từ trường hoặc bức xạ mạnh và những nơi có tín hiệu tần số vô tuyến cường độ cao hoặc phóng điện tĩnh điện cao — nơi các thiết bị điện tử dựa trên chất bán dẫn truyền thống có thể không hoạt động. Ankur Mehta, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu, trợ lý giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính và giám đốc Phòng thí nghiệm của UCLA cho biết: “Những loại tình huống nguy hiểm hoặc không thể đoán trước này, chẳng hạn như trong thảm họa tự nhiên hoặc nhân tạo, có thể là nơi mà rô-bốt origami tỏ ra đặc biệt hữu ích”. cho Máy nhúng và Robot phổ biến. Mehta nói thêm: “Các robot có thể được thiết kế cho các chức năng đặc biệt và được sản xuất theo yêu cầu rất nhanh chóng. “Ngoài ra, trong khi còn rất xa, có thể có những môi trường trên các hành tinh khác nơi các robot thám hiểm không bị ảnh hưởng bởi những tình huống đó sẽ rất được mong đợi.” Các robot được lắp ráp sẵn được chế tạo bằng kỹ thuật cắt và gấp linh hoạt này có thể được vận chuyển trong bao bì phẳng để tiết kiệm không gian lớn. Điều này rất quan trọng trong các tình huống chẳng hạn như các sứ mệnh không gian, nơi mỗi centimet khối đều có giá trị. Các robot chi phí thấp, trọng lượng nhẹ và chế tạo đơn giản cũng có thể dẫn đến các công cụ giáo dục sáng tạo hoặc các loại đồ chơi và trò chơi mới.