تکنیک چاپ سه بعدی جدید می تواند ربات های خودران را در یک مرحله بسازد

ساخت ربات سخت است. ساختن مکانی که بتواند محیط خود را حس کند و یاد بگیرد که چگونه به تنهایی در اطراف خود حرکت کند، حتی سخت تر است.

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

اندازه هر ربات به اندازه یک نوک انگشت است. بدن آنها شبیه یک حصیر بامبو است که به شکل N تا شده است و با سرعت 25 فوت در دقیقه به اطراف می چرخند.

چیزی که این شاهکار را ممکن کرد اختراع نوع جدیدی از مواد یکپارچه بود که قابلیت خم شدن، پیچش، خم شدن و کشش را دارد.

Rayne Zheng، مهندس مکانیک و رهبر این پروژه می‌گوید: ربات‌های سنتی که امروزه می‌بینید، بر اجزای مختلف متکی هستند. بدنه ربات، قطعات متحرک و وسایل الکترونیکی آن باید جداگانه ساخته شده و سپس با هم مونتاژ شوند. با استفاده از مواد پرینت سه بعدی که می توانند رباتیک شوند، ما به هیچ یک از آنها نیاز نداریم.

این پیشرفت که ماه گذشته در مجله Science شرح داده شد، راه را برای اختراعاتی از ربات های نجات چابک که قادر به حرکت در فضاهای تنگ هستند تا پروتزهای پاسخگو با قطعات کمتری که می توانند شکسته شوند، هموار می کند.

محققان UCLA موادی را توسعه داده‌اند که به ربات‌های کوچک اجازه می‌دهد پس از دریافت دستورات اولیه، مستقل شوند.

رایان سوچول، مهندس روباتیک در دانشگاه مریلند که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: «بسیاری از اوقات، چاپ سه‌بعدی به‌عنوان یک چیز جدید برای ایجاد تبلیغات استفاده می‌شود… اما در اینجا اینطور نیست. .

رابرت مک کوردی، که ربات‌های خودکار را در دانشگاه کلرادو بولدر طراحی می‌کند، کار UCLA را “نوآوری واقعی در فناوری چاپ سه بعدی” نامید. وی گفت: چاپ یک ماده متحرک و تغییر شکل با قطعات الکترونیکی داخلی و قابلیت سنجش از راه دور تاکنون محقق نشده است و پیش‌بینی تولید ربات‌ها در آینده است.

ژنگ و همکارانش این پروژه را سه سال پیش آغاز کردند تا ببینند که آیا می‌توانند از چاپ سه بعدی برای ساختن ماده‌ای استفاده کنند که بتواند محیط خود را حس کند – برای مثال، دمای اطراف را اندازه‌گیری کند و متوجه شود که آیا ضربه خورده است یا له شده است. .

هنگامی که آنها به آن هدف رسیدند، هدف دیگری را اضافه کردند. “ما شروع کردیم به فکر کردن، علاوه بر حس کردن، چرا آن را حرکت ندهیم؟” ژنگ گفت.

و آنها همچنان می خواستند همه این کارها را در یک مرحله انجام دهند.

چاپگرهای سه بعدی معمولی مانند دستگاهی عمل می کنند که به کیک یخ اضافه می کند. آنها لایه های نازکی از پلاستیک، فلز، شیشه یا مواد دیگر می سازند تا لیست 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.

ژنگ و همکارانش برای چاپ یکباره یک ربات به یک ماده همه کاره نیاز داشتند. بنابراین آنها یکی از کاربید سیلیکون ایجاد کردند که از ساختار روبات ها پشتیبانی می کند. الکترودهای ساخته شده از مس و طلا که جریان را حمل می کنند. 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 که هر بخش به یک “فراماده” کاملاً جدید کمک می کند که می تواند خم شود و خم شود، کشش و فشرده شود، و بپیچد و بچرخد. و متامتریال را می توان به صورت سه بعدی چاپ کرد.

مواد جدید به یک چاپگر سه بعدی سفارشی نیاز داشت، بنابراین تیم یک چاپگر ساخت که فضای یک میز اداری را اشغال کند. نحوه عملکرد آن شبیه به انجماد کردن یک 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 به طور متناوب بین ظرف‌های سه ماده تشکیل‌دهنده، از نور فرابنفش استفاده می‌کند تا هر لایه از شبکه فراماده را با شکل گرفتن ربات جامد کند.

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

(گروه تحقیقاتی Rayne/UCLA)

نتیجه اساساً مانند یک ماهیچه است. ژنگ گفت: “این دستگاه همه چیز را از اجزای ساختاری، اجزای حسگر تا حرکت و کنترل الکترونیکی یکپارچه دارد.”

به عبارت دیگر، مک‌کردی گفت، این یک شی واقعاً 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 کرد. هنگامی که برق روشن شد، ربات با یک فلاش سبز روشن غیر مشخصه همراه با صدای دود جان گرفت. اما به زودی با صدای وزوز نرم یک ماشین اصلاح برقی حرکت کرد.

سه قسمت بدن N شکل آن عضله ای را تشکیل می دهد که سریعتر از آنچه چشم تشخیص دهد خم می شود و به راحتی آن را به جلو می راند. حتی می تواند از روی موانع کوچک به ارتفاع حدود 1 میلی متر بپرد.

این طرح از طبیعت الهام گرفته شده است.

Cui که نویسنده اصلی این مطالعه بود، گفت: “من می خواستم آن را چابک و بسیار سریع کنم – اولین چیزی که می توانستم به آن فکر کنم یک پلنگ بود.” “شما فقط باید به زمین ضربه بزنید و به جلو بروید. خودشه.”

ربات ها برای حس کردن محیط اطراف خود مانند خفاش ها 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 برگشت آنها به ربات از موانع موجود در مسیر خود هشدار می دهد تا بتواند مطابق با آن خود را تنظیم کند.

این ماشین‌ها به اندازه‌ای کوچک هستند که به اندازه یک پنی جا می‌شوند، می‌توانند بیش از 13 برابر وزن خود را حمل کنند. وقتی کوی یک پیچ را در سبدی که در بالای ربات چسبانده بود انداخت، تکان خورد و شروع به حرکت سریع‌تر کرد. او گفت که ضربه، به منظور تقلید از سقوط آوار، نشانه او برای فرار سریع بود.

ژنگ گفت که بزرگ‌تر کردن روبات‌ها 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 می کنم برنامه های کاربردی زیست پزشکی، به ویژه تحویل دارو، برنامه ای است که در آن واقعاً می تواند استفاده قانونی داشته باشد.” او سناریویی را تصور کرد که در آن یک ربات کوچک دوز دارو را به یک مکان خاص در رگ خونی حمل می کند. هنگامی که در موقعیت خود قرار گرفت، پزشکان می‌توانند «با میدان الکتریکی» به آن ضربه بزنند تا بار محموله‌اش را آزاد کند.

آزمایشگاه ژنگ در حال حاضر با یک مخزن کوچک روی زمین برای آزمایش نسل آینده روبات‌های آبزی مجهز شده است. اگر پلنگی از نسخه اصلی الهام گرفته باشد، پلنگ‌های جدید به گونه‌ای طراحی می‌شوند که از توانایی‌های شنا و خزیدن میگو تقلید کنند.