ستساعدك المقالة التالية: تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المبتكرة تبني الروبوتات في خطوة واحدة
طور فريق من المهندسين في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس تقنية جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد واستراتيجية تصميم تتيح بناء الروبوتات في خطوة واحدة.
نُشرت الدراسة الجديدة ، التي توضح كيف يمكن بناء الروبوتات والمشي ، والمناورة ، والقفز في علوم.
عملية طباعة ثلاثية الأبعاد متطورة
تتضمن التقنية الجديدة عملية طباعة ثلاثية الأبعاد للمواد النشطة المصممة بوظائف متعددة ، أو “المواد الخارقة”. إنها تمكن من تصنيع الأنظمة الميكانيكية والإلكترونية بالكامل المطلوبة لتشغيل الروبوت في وقت واحد. بعد طباعة “الروبوت الفوقي” ثلاثي الأبعاد ، يمكنه تنفيذ الحركة والدفع والاستشعار واتخاذ القرار.
تتكون المواد المطبوعة من شبكة داخلية من العناصر الحسية والمتحركة والهيكلية التي تتحرك من تلقاء نفسها بعد برمجتها. نظرًا لأن هذه الشبكة الداخلية يتم تجميعها معًا في مكان واحد ، فكل ما يتبقى هو إنتاج مكون خارجي واحد – البطارية الصغيرة لتشغيل الروبوت.
Xiaoyu (Rayne) Zheng هو الباحث الرئيسي في الدراسة وأستاذ مشارك في الهندسة المدنية والبيئية ، بالإضافة إلى الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران في كلية سامويلي للهندسة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس.
قال تشنغ: “نتصور أن منهجية التصميم والطباعة هذه للمواد الروبوتية الذكية ستساعد في تحقيق فئة من المواد المستقلة التي يمكن أن تحل محل عملية التجميع المعقدة الحالية لصنع روبوت”. “مع الحركات المعقدة ، والأوضاع المتعددة للاستشعار وقدرات صنع القرار القابلة للبرمجة كلها متكاملة بإحكام ، فهي تشبه النظام البيولوجي الذي تعمل فيه الأعصاب والعظام والأوتار جنبًا إلى جنب لتنفيذ الحركات الخاضعة للرقابة.”
التطبيقات المحتملة
قام الفريق بدمج بطارية على متن الطائرة وجهاز تحكم لعمل روبوتات مطبوعة ثلاثية الأبعاد مستقلة تمامًا. كل واحد من الروبوتات بحجم ظفر ، ووفقًا لـ Zheng ، يمكن أن تؤدي هذه الطريقة الجديدة إلى تصميمات جديدة للروبوتات الطبية الحيوية. يمكن أن يكون أحد هذه الروبوتات الطبية الحيوية روبوت سباحة يتنقل بشكل مستقل بالقرب من الأوعية الدموية لإيصال الأدوية في المواقع المستهدفة في الجسم.
تطبيق آخر للروبوتات المطبوعة ثلاثية الأبعاد هو إرسالها إلى بيئات خطرة ، مثل مبنى منهار ، حيث يمكن لسرب منهم الوصول إلى المساحات الضيقة. يمكن لروبوتات التعريف هذه بعد ذلك تقييم مستويات التهديد والمساعدة في جهود الإنقاذ.
يعد هذا إنجازًا كبيرًا في مجال الروبوتات نظرًا لأن معظم الروبوتات الحالية تتطلب سلسلة من خطوات التصنيع المعقدة لبناءها. ينتج عن هذه العملية روبوتات أثقل وأكبر وأضعف.
لتطوير الطريقة الجديدة ، اعتمد الفريق على فئة من المواد الشبكية المعقدة التي تغير الشكل والاتجاه استجابةً لمجال كهربائي. يمكنهم أيضًا تكوين شحنة كهربائية نتيجة القوى الفيزيائية.
تطوير مواد روبوتية جديدة
المواد الروبوتية التي طورها الفريق هي فقط بحجم فلس واحد وتتكون من عناصر هيكلية تساعدهم على الانحناء أو الالتواء أو التمدد أو الانكماش أو التدوير بسرعات عالية.
علاوة على كل هذا ، أصدر الفريق منهجية يمكن استخدامها لتصميم المواد الروبوتية ، مما يتيح للمستخدمين إنشاء نماذجهم الخاصة.
Hauchen Cui هو المؤلف الرئيسي للدراسة وعالم ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس في مختبر Zheng للتصنيع والمواد الفوقية.
قال كوي: “هذا يسمح بترتيب عناصر التشغيل بدقة في جميع أنحاء الروبوت من أجل حركات سريعة ومعقدة وممتدة على أنواع مختلفة من التضاريس”. “من خلال التأثير الكهروإجهادي ثنائي الاتجاه ، يمكن للمواد الروبوتية أيضًا أن تستشعر التواءاتها ، وتكتشف العوائق عبر الصدى وانبعاثات الموجات فوق الصوتية ، بالإضافة إلى الاستجابة للمنبهات الخارجية من خلال حلقة التحكم في التغذية الراجعة التي تحدد كيفية تحرك الروبوتات ، ومدى سرعتها يتحركون نحو الهدف الذي يتحركون “.
استخدم الفريق الطريقة لبناء ثلاث روبوتات تعريفية مختلفة لإظهار قدرات مختلفة:
- Meta-bot الذي يتنقل حول الزوايا على شكل حرف S والعقبات الموضوعة بشكل عشوائي
- Meta-bot يمكنه الهروب استجابة لتأثير جهة الاتصال
- Meta-bot الذي يمشي فوق التضاريس الوعرة ويقوم بقفزات صغيرة
ستلعب تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الجديدة هذه دورًا رئيسيًا في مجال الروبوتات ، مما يساعد على جعل بناء مثل هذه الروبوتات أكثر كفاءة.
شمل هذا البحث الرائع أيضًا المؤلفين Desheng Yao و Ryan Hensleigh و Zhenpeng Xu و Haotian Lu ، وهم طلاب دراسات عليا. أرييل كالديرون ، عالم ما بعد الدكتوراه ؛ زن وانغ ، مساعد هندسة التطوير ؛ شيدا دافاريا ، باحثة مشاركة في Virginia Tech ؛ باتريك ميرسير ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ؛ وبابلو تارازاجا ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة تكساس إيه آند إم.
