Робототехніки застосували метод, що нагадує традиційне мистецтво складання паперу, щоб виготовити автономні машини з тонких, гнучких аркушів. Ці легкі роботи є більш простими та економічно ефективними у виробництві, а їх більш компактна форма робить їх більш зручними для зберігання та транспортування.
Однак звичайна вимога жорстких комп’ютерних чіпів, які забезпечують розширені можливості, такі як визначення, аналіз та адаптація до середовища, додає додаткової ваги делікатним листовим матеріалам і ускладнює їх складання. Як наслідок, напівпровідникові компоненти необхідно додавати після того, як роботу буде сформовано в його остаточну форму.
Тепер міждисциплінарна команда під керівництвом дослідників з Інженерної школи Самуелі Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі створила нову техніку виготовлення повністю складаних роботів, які можуть виконувати різноманітні складні завдання, не покладаючись на напівпровідники. Дослідження з детальним описом результатів дослідження було опубліковано в Nature Communications.
Вставивши гнучкі та електропровідні матеріали в попередньо вирізану тонку поліефірну плівку, дослідники створили систему блоків обробки інформації, або транзисторів, які можуть бути інтегровані з датчиками та виконавчими механізмами. Потім вони запрограмували лист за допомогою простих комп’ютерних аналогічних функцій, які емулюють функції напівпровідників. Після розрізання, згортання та складання аркуш перетворюється на автономного робота, який може точно відчувати, аналізувати та реагувати на навколишнє середовище. Дослідники назвали своїх роботів «OrigaMechs», скорочення від Origami MechanoBots.
«Ця робота веде до нового класу орігамі-роботів із розширеними можливостями та рівнем автономності, зберігаючи при цьому переваги, пов’язані з виготовленням на основі складання орігамі», — сказав провідний автор дослідження Венчжун Янь, докторант машинобудування Каліфорнійського університету в Лос- Анджелесі .
OrigaMechs отримав свої обчислювальні можливості з комбінації механічних мультиплексних перемикачів орігамі, створених складками та запрограмованими логічними командами, такими як «І», «АБО» та «НІ». Перемикачі увімкнули механізм, який вибірково виводить електричні сигнали на основі змінного тиску та надходження тепла в систему.
Використовуючи новий підхід, команда створила трьох роботів, щоб продемонструвати потенціал системи:
- комахоподібний крокуючий робот, який змінює напрямок, коли одна з його антен відчуває перешкоду
- робот , схожий на венерину мухоловку, який огортає «здобич», коли обидва датчики його щелеп виявляють об’єкт
- перепрограмований двоколісний робот, який може рухатися по заздалегідь розроблених траєкторіях з різними геометричними візерунками
Поки роботи були прив’язані до джерела живлення для демонстрації, дослідники сказали, що довгострокова мета полягатиме в тому, щоб оснастити автономних роботів орігамі вбудованою системою накопичення енергії, що живиться від тонкоплівкових літієвих батарей.
Конструкція без мікросхем може призвести до того, що роботи зможуть працювати в екстремальних умовах — сильних радіаційних або магнітних полях, а також у місцях з інтенсивними радіочастотними сигналами або сильними електростатичними розрядами — де традиційна електроніка на основі напівпровідників може не працювати.
«Такі типи небезпечних або непередбачуваних сценаріїв, наприклад під час стихійних або спричинених людиною катастроф, можуть бути особливо корисними для роботи-орігамі», — сказав головний дослідник Анкур Мехта, доцент кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії та директор лабораторії Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі. для вбудованих машин і всюдисущих роботів.
«Роботи можуть бути розроблені для спеціальних функцій і виготовлені на вимогу дуже швидко», — додав Мехта. «Крім того, хоча це дуже далеко, на інших планетах можуть бути середовища, де роботи-дослідники, несприйнятливі до таких сценаріїв, були б дуже бажаними».
Попередньо зібраних роботів, створених за цією гнучкою технікою «вирізання та складання», можна було транспортувати в плоских упаковках для значної економії місця. Це важливо в таких сценаріях, як космічні місії, де кожен кубічний сантиметр на рахунку. Недорогі, легкі та прості у виготовленні роботи також можуть призвести до інноваційних навчальних інструментів або нових типів іграшок та ігор.