Para peneliti telah memelopori struktur kisi yang dapat diprogram 3D yang dapat diprogram untuk robotika yang meniru keragaman jaringan biologis yang luas – dari batang yang fleksibel hingga tulang yang kaku – menggunakan bahan busa tunggal.
Sprint yang kuat dari cheetah, lentur ular meluncur, atau pemahaman yang cekatan manusia: masing -masing dimungkinkan oleh interaksi yang mulus antara jaringan yang lembut dan kaku. Otot, tendon, ligamen, dan tulang bekerja bersama untuk memberikan energi, presisi, dan rentang gerak yang diperlukan untuk melakukan gerakan kompleks yang terlihat di seluruh kerajaan hewan.
Mereplikasi keragaman muskuloskeletal ini dalam robotik sangat menantang. Sampai sekarang, pencetakan 3D menggunakan banyak bahan telah menjadi salah satu cara untuk membuat robot lunak, dan sementara pendekatan ini dapat meniru keragaman jaringan biologis, itu berarti bahwa sifat-sifat kunci seperti kekakuan atau kekuatan penahan beban tidak dapat dikontrol secara terus menerus di seluruh struktur robot.
Sekarang, sebuah tim yang dipimpin oleh Josie Hughes dalam desain robot komputasi dan laboratorium fabrikasi (CREATE) di School of Engineering EPFL telah mengembangkan struktur kisi inovatif yang menggabungkan keragaman jaringan biologis dengan kontrol robot dan presisi. Kisi, terbuat dari bahan busa sederhana, terdiri dari unit individu (sel) yang dapat diprogram untuk memiliki bentuk dan posisi yang berbeda. Sel -sel ini dapat mengambil lebih dari satu juta konfigurasi yang berbeda dan bahkan digabungkan untuk menghasilkan variasi geometris yang tak terbatas.
Metode Our kami menawarkan solusi yang dapat diskalakan untuk merancang robot yang tidak prasasti ringan dan mudah beradaptasi.
Qinghua Guan, peneliti postdoctoral EPFL
“Kami menggunakan teknik kisi yang dapat diprogram untuk membangun robot gajah yang terinspirasi muskuloskeletal dengan batang lembut yang dapat memutar, menekuk dan memutar, serta sendi, lutut, dan sendi kaki yang lebih kaku,” kata peneliti postdoctoral Qinghua Guan. “Ini menunjukkan bahwa metode kami menawarkan solusi yang dapat diskalakan untuk merancang robot yang ringan dan mudah beradaptasi.” Penelitian baru -baru ini diterbitkan di Kemajuan Sains.
Dua dimensi pemrograman; Variasi geometris tak terbatas
Kisi tim yang dapat diprogram dapat dicetak menggunakan dua jenis sel utama dengan geometri yang berbeda: sel kubik yang berpusat pada tubuh (BCC) dan X-Cube. Ketika setiap jenis sel digunakan untuk mencetak 3D 'jaringan' robot, kisi yang dihasilkan memiliki kekakuan, deformasi, dan sifat bantalan beban yang berbeda. Tetapi metode Create Lab juga memungkinkan mereka untuk mencetak kisi yang terbuat dari sel hibrida yang bentuknya terletak di mana saja pada spektrum antara BCC dan X-Cube.
“Pendekatan ini memungkinkan pencampuran spasial yang berkelanjutan dari profil kekakuan dan memungkinkan untuk berbagai sel unit campuran yang tak terbatas. Ini sangat cocok untuk mereplikasi struktur organ otot seperti batang gajah,” kata kandidat PhD Benhui Dai.
https://www.youtube.com/watch?v=akarkchpdve
Selain memodulasi bentuk masing -masing sel, para ilmuwan juga dapat memprogram posisi mereka dalam kisi. Dimensi pemrograman kedua ini memungkinkan mereka untuk memutar dan menggeser (menerjemahkan) setiap sel di sepanjang porosnya. Sel -sel bahkan dapat ditumpangkan satu sama lain untuk membuat kombinasi sel yang sama sekali baru, memberikan kisi yang dihasilkan kisaran sifat mekanik yang lebih luas. Untuk memberikan gambaran tentang skala variasi potensial, kubus kisi dengan empat sel yang ditumpangkan dapat menghasilkan sekitar 4 juta kemungkinan konfigurasi, dengan lebih dari 75 juta konfigurasi untuk lima sel.
Tahan air dan siap sensor
Untuk model gajah mereka, kemampuan pemrograman ganda ini memungkinkan pembuatan beberapa jenis jaringan yang berbeda dengan rentang gerakan yang unik, termasuk sambungan bidang geser (ditemukan di tulang kecil kaki), sambungan uniaksial yang membungkuk (ditemukan di lutut) dan sambungan biaxial dua arah yang membungkuk (ditemukan pada jari). Tim bahkan dapat meniru gerakan kompleks batang berotot gajah dengan merekayasa bagian kisi terpisah yang didedikasikan untuk memutar, membungkuk, dan memutar gerakan, sambil mempertahankan transisi yang halus dan terus menerus di antara mereka.
Hughes mengatakan bahwa selain memodifikasi bahan busa atau menggabungkan bentuk sel baru, struktur teknologi kisi busa unik mereka menawarkan banyak kemungkinan menarik untuk penelitian robotika di masa depan. “Seperti sarang lebah, rasio kekuatan-ke-berat dari kisi bisa sangat tinggi, memungkinkan robot yang sangat ringan dan efisien. Struktur busa terbuka sangat cocok untuk gerakan dalam cairan, dan bahkan menawarkan potensi untuk memasukkan bahan lain, seperti sensor, di dalam struktur untuk memberikan kecerdasan lebih lanjut untuk busa.”
Referensi
Struktur kisi robot muskuloskeletal: memanfaatkan topologi geometris yang dapat diprogram dan anisotropi. Kemajuan Sains. 10.1126/sciadv.adu9856
