Inženjeri na Državnom univerzitetu Prinstona i Severne Karoline kombinovali su drevno savijanje papira i modernu nauku o materijalima kako bi stvorili mekog robota koji se sa lakoćom savija i uvija kroz lavirinte.
Meke robote može biti teško voditi jer oprema za upravljanje često povećava krutost robota i smanjuje njegovu fleksibilnost. Novi dizajn prevazilazi te probleme ugradnjom upravljačkog sistema direktno u telo robota, rekao je Tuo Zhao, postdoktorski istraživač na Princetonu.
U članku pod naslovom „Modularni višestepeni meki origami roboti sa reprogramabilnim elektrotermalnim aktiviranjem“, objavljenom 6. maja u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka, istraživači opisuju kako su kreirali robota od modularnih, cilindričnih segmenata. Segmenti, koji mogu da rade nezavisno ili da se spajaju da formiraju dužu celinu, svi doprinose sposobnosti robota da se kreće i upravlja. Novi sistem omogućava fleksibilnom robotu da puzi napred i nazad, pokupi teret i sastavi se u duže formacije.
„Koncept modularnih mekih robota može pružiti uvid u buduće meke robote koji mogu rasti, popravljati i razvijati nove funkcije“, pišu autori u svom članku.
Zhao je rekao da sposobnost robota da se sastavlja i razdvaja u pokretu omogućava sistemu da radi kao jedan robot ili roj.
„Svaki segment može biti pojedinačna jedinica, a mogu da komuniciraju jedni sa drugima i da se okupljaju po komandi“, rekao je on. „Mogu se lako odvojiti, a mi koristimo magnete da ih povežemo.“
Zhao radi u laboratoriji Glaucia Paulina u Odeljenju za građevinarstvo i inženjerstvo zaštite životne sredine i Institutu za materijale u Prinstonu. Paulino, profesorka inženjerstva Margareta Engman Avgustin, kreirala je korpus istraživanja koja primenjuje origami na širok spektar inženjerskih aplikacija od medicinskih uređaja do vazduhoplovstva i građevinarstva.
„Napravili smo bio-inspirisan plug-and-plai mekani modularni origami robot omogućen elektrotermalnim aktiviranjem sa veoma savitljivim i prilagodljivim grejačima“, rekao je Paulino. „Ovo je veoma obećavajuća tehnologija sa potencijalnim prevodom na robote koji mogu da rastu, leče i prilagođavaju se na zahtev.
U ovom slučaju, istraživači su počeli sa izgradnjom svog robota od cilindričnih segmenata sa origami formom koja se zove Kresling obrazac. Uzorak omogućava da se svaki segment uvije u spljošteni disk i ponovo proširi u cilindar. Ovaj pokret uvijanja i širenja je osnova za sposobnost robota da puzi i menja pravac. Delimično presavijanjem dela cilindra, istraživači mogu da uvedu bočnu krivinu u segment robota. Kombinovanjem malih krivina, robot menja pravac dok se kreće napred.
Jedan od najizazovnijih aspekata posla uključivao je razvoj mehanizma za kontrolu pokreta savijanja i preklapanja koji se koriste za vožnju i upravljanje robotom. Istraživači sa Državnog univerziteta Severne Karoline razvili su rešenje. Koristili su dva materijala koji se različito skupljaju ili šire kada se zagrevaju (tečni kristalni elastomer i poliimid) i kombinovali su ih u tanke trake duž nabora Kresling šare.
Istraživači su takođe postavili tanak rastezljiv grejač napravljen od mreže srebrnih nanožica duž svakog preklopa. Električna struja na grejaču nanožice zagreva kontrolne trake, a različito širenje dva materijala dovodi do pregiba u traci. Kalibracijom struje i materijala koji se koristi u kontrolnim trakama, istraživači mogu precizno kontrolisati preklapanje i savijanje kako bi pokrenuli kretanje i upravljanje robota.
„Srebrna nanožica je odličan materijal za proizvodnju rastezljivih provodnika. Rastezljivi provodnici su građevinski blokovi za razne rastezljive elektronske uređaje, uključujući rastezljive grejače. Ovde smo koristili rastezljivi grejač kao mehanizam za aktiviranje pokreta savijanja i preklapanja“, rekao je Iong Zhu, uvaženi profesor Andrev A. Adams na Odseku za mašinstvo i vazduhoplovstvo u državi NC State i jedan od vodećih istraživača.
Šuang Vu, postdoktorski istraživač u Zhuovoj laboratoriji, rekao je da je prethodni rad laboratorije koristio rastezljivi grejač za kontinuirano savijanje dvoslojne strukture. „U ovom radu postigli smo lokalizovano, oštro savijanje da bismo aktivirali origami obrazac. Ova efikasna metoda aktiviranja se generalno može primeniti na origami strukture (sa naborima) za meku robotiku“, rekao je Vu.
Istraživači su rekli da trenutna verzija robota ima ograničenu brzinu i da rade na povećanju kretanja u kasnijim generacijama.
Zhao je rekao da istraživači takođe planiraju da eksperimentišu sa različitim oblicima, obrascima i nestabilnošću kako bi poboljšali i brzinu i upravljanje.
