فناوری جدید پرینت سه بعدی می تواند ربات های خودران را در یک مرحله بسازد


ساخت ربات سخته ساختن مکانی که بتواند محیط خود را احساس کند و به تنهایی پیمایش را بیاموزد بسیار دشوارتر است.

اما مهندسان UCLA با چالش بزرگتری روبرو شدند. آنها نه تنها ربات های خودران ایجاد کردند، بلکه آنها را در یک مرحله چاپ سه بعدی کردند.

هر ربات به اندازه یک نوک انگشت است. بدن آنها شبیه یک تشک بامبو است که به شکل N تا شده و با سرعت ۲۵ فوت در دقیقه می چرخد.

آنچه این شاهکار را ممکن کرد اختراع نوع جدیدی از مواد همگن با قابلیت خم شدن، پیچش، خم شدن و کشش بود.

Rayne Zheng، مهندس مکانیک و رهبر پروژه می‌گوید: «روبات‌های سنتی که امروزه می‌بینید بر اساس اجزای مختلفی هستند. بدنه ربات، قطعات متحرک و لوازم الکترونیکی باید جداگانه ساخته شده و سپس با هم مونتاژ شوند. با استفاده از مواد پرینت سه بعدی که می توانند به صورت رباتیک تبدیل شوند، ما به هیچ یک از آنها نیاز نداریم.

این پیشرفت که ماه گذشته در Science توضیح داده شد، راه را برای اختراعاتی از ربات‌های نجات چابک که قادر به حرکت در فضاهای تنگ هستند تا پروتزهای پاسخگو با قطعات کمتری که می‌توانند شکسته شوند، هموار می‌کند.

رایان سوچل، مهندس روباتیک در دانشگاه مریلند که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: «اغلب از چاپ سه بعدی به عنوان یک چیز جدید برای ایجاد تبلیغات استفاده می‌شود… اما در اینجا اینطور نیست. .

رابرت مک‌کردی که ربات‌های خودران را در دانشگاه کلرادو بولدر طراحی می‌کند، کار UCLA را “نوآوری واقعی در فناوری چاپ سه بعدی” توصیف کرد. وی گفت: چاپ ماده متحرک و تغییر شکل آن با قطعات الکترونیکی داخلی و قابلیت سنجش از دور تاکنون محقق نشده است و پیش بینی می شود در آینده روبات هایی تولید شود.

ژنگ و همکارانش این پروژه را سه سال پیش آغاز کردند تا ببینند آیا می‌توانند از چاپ سه‌بعدی برای ساختن ماده‌ای استفاده کنند که می‌تواند محیط خود را حس کند – برای مثال، دمای محیط را اندازه‌گیری کند و ببیند که آیا ضربه خورده یا خرد شده است یا خیر. .

وقتی به آن هدف رسیدند، هدف دیگری را اضافه کردند. “ما شروع کردیم به فکر کردن، علاوه بر احساس، چرا او را حرکت نمی دهیم؟” چنگ گفت.

و هنوز هم می خواهند این کار را یکجا انجام دهند.

پرینترهای سه بعدی سنتی مانند یک لایه روی کیک عمل می کنند. آنها لایه های نازکی از پلاستیک، فلز، شیشه یا مواد دیگر می سازند تا فهرست بی پایانی از محصولات مانند جواهرات، ابزار، پروتز و حتی پیتزا تولید کنند. اما آنها فقط می توانند یک جزء را در یک زمان چاپ کنند.

چنگ و همکارانش برای چاپ یک ربات کامل به یک ماده همه کاره نیاز داشتند. بنابراین آنها یکی از کاربید سیلیکون ساختند که از شاسی روبات ها پشتیبانی می کند. الکترودهای مس و طلا حامل جریان هستند. و سرامیک های پیزوالکتریک که در پاسخ به میدان الکتریکی تغییر شکل می دهند.

Huachen Cui، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه ژنگ که پیشگام توسعه آن بود، گفت: هر بخش به یک “ابر ماده” کاملاً جدید کمک می کند که می تواند خم شود، خم شود، کشش یابد، فشرده شود، بپیچد و بپیچد. و متامواد را می توان پرینت سه بعدی کرد.

مواد جدید به یک چاپگر سه بعدی اختصاصی نیاز داشت، بنابراین تیم چاپگری ساخت که فضای میز اداری را اشغال کند. نحوه عملکرد آن مانند یخ زدن طرح در یک لیوان آب و تخلیه بقیه آن است و یک مجسمه یخی پیچیده را پشت سر می گذارد. اما به جای آب، چاپگر ظروف سه ماده را جایگزین می کند، سپس از نور ماوراء بنفش برای جامد کردن هر لایه از شبکه فراماده در هنگام شکل گیری ربات استفاده می کند.

نمای نزدیک از شبکه چاپ سه بعدی که اساس روباتیک را تشکیل می دهد.

نمای نزدیک از شبکه چاپ سه بعدی که اساس روباتیک را تشکیل می دهد. عناصر پیچیده برای خم شدن، خم شدن، پیچش، چرخش، انبساط یا انقباض در سرعت های بالا طراحی شده اند.

(گروه تحقیقاتی راین / دانشگاه کالیفرنیا)

نتیجه اساساً مانند ماهیچه است. چنگ گفت: «این دستگاه همه چیز از اجزای ساختاری و اجزای حسگر گرفته تا حرکت یکپارچه و کنترل الکترونیکی دارد.

به عبارت دیگر، مک‌کردی گفت، این یک شی واقعا کاربردی است: “وقتی از چاپگر سه بعدی خارج می‌شود، نیازی به مونتاژ اضافی ندارد.”

کوی یک ربات را با قرار دادن آن روی یک میز بین یک جفت لوله، از سرعت خود عبور داد. مجموعه ای از سیم ها ربات را به منبع برق متصل می کند. هنگامی که برق روشن شد، ربات با یک فلاش سبز روشن غیر مشخص همراه با صدای دود به زندگی بازگشت. اما به زودی او وارد وزوز نرم ماشین اصلاح برقی شد.

سه قسمت N شکل بدن او عضله ای را تشکیل می دهند که سریعتر از آن چیزی که چشم بتواند به راحتی تشخیص دهد و به جلو فشار دهد خم می شود. حتی می تواند از روی موانع کوچکی به ارتفاع حدود ۱ میلی متر بپرد.

این طرح از طبیعت الهام گرفته شده است.

کوی که نویسنده اصلی این مطالعه بود، گفت: “من می خواستم آن را بسیار سریع و بسیار سریع بسازم – اولین چیزی که به آن فکر کردم ببر بود.” فقط باید به زمین بخوری و به جلو حرکت کنی.

ربات ها مانند خفاش ها برای درک محیط اطراف خود به امواج فراصوت متکی هستند. اما به جای استفاده از پژواک، این دستگاه ها از یک سنسور از راه دور چاپ سه بعدی استفاده می کنند که پالس های رادار را در جهات مختلف منعکس می کند. نحوه پرش به ربات از موانع موجود در مسیر خود هشدار می دهد تا بتواند مطابق با آن خود را تنظیم کند.

این ماشین ها به اندازه ای کوچک هستند که می توانند بیش از ۱۳ برابر وزن خود را نگه دارند. وقتی کوی یک میخ را به سبد متصل به بالای ربات انداخت، ربات تکان خورد و حتی سریعتر شروع به حرکت کرد. او گفت که این اثر که برای تقلید از ریزش زباله ها طراحی شده بود، اشاره ای به او برای فرار سریع بود.

چنگ گفت که بزرگ کردن ربات ها کار سختی نیست – تنها چیزی که آنها نیاز دارند یک چاپگر سه بعدی بزرگتر است. چالش واقعی این است که ربات‌ها کوچک‌تر شوند و بتوانند در آب کار کنند.

این چیزی است که سوچول را هیجان زده می کند.

او گفت: «من فکر می‌کنم کاربردهای زیست‌پزشکی، به ویژه تحویل دارو، یکی از کاربردهایی است که واقعاً می‌تواند کاربرد قانونی داشته باشد. او سناریویی را متصور شد که در آن یک ربات کوچک دوز دارو را به یک مکان خاص در رگ خونی می رساند. هنگامی که در محل قرار می گیرند، پزشکان می توانند “با میدان الکتریکی به آن ضربه بزنند” تا محموله آن آزاد شود.

آزمایشگاه ژنگ در حال حاضر مجهز به یک مخزن کوچک روی زمین برای آزمایش نسل بعدی روبات های آبزی است. اگر ببر از نمونه اصلی الهام گرفته شده باشد، پلنگ های جدید به گونه ای طراحی شده اند که از توانایی های شنا و خزیدن میگو تقلید کنند.