Ein 3D-gedruckter „Meta-Bot“, der von UCLA-Ingenieuren entwickelt wurde. Rayne-Forschungsgruppe / UCLA
Unabhängig von ihrer Größe umfasst die Herstellung der meisten Roboter eine Reihe komplexer Fertigungsschritte, bei denen die Gliedmaßen mit elektronischen und aktiven Komponenten integriert werden. Der gesamte Prozess führt zu höheren Gewichten und sperrigeren Volumina. Was schlecht ist.
Aber jetzt hat ein Team von UCLA-Ingenieuren und ihren Kollegen eine neue Designstrategie und 3D-Drucktechnik entwickelt, um Roboter in einem einzigen Schritt zu bauen, so eine neue Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurdeWissenschaft.
Und unglaublicherweise die winzige Roboter kann "laufen, manövrieren und springen", laut eine gesperrte Veröffentlichung geteilt mit IE.
Der 'Meta-Bot' besteht aus piezoelektrischen Metamaterialien
Das neue Verfahren ermöglichte die gleichzeitige Herstellung eines Roboters durch einen neuen Typ von 3D-Druckverfahren für technische aktive Materialien mit mehreren Funktionen bekannt als Metamaterial.Nach dem 3D-Druck wird der „Meta-Bot“ in der Lage sein, verschiedene Aufgaben zu erfüllen – Entscheidungsfindung, Bewegung, Wahrnehmung und Antrieb.
Zentral für die All-in-One-Methode ist das Design und Drucken von piezoelektrisch Metamaterialien – „eine Klasse komplizierter Gittermaterialien, die ihre Form ändern und sich als Reaktion auf ein elektrisches Feld bewegen können oder durch physikalische Kräfte elektrische Ladung erzeugen", heißt es in der gesperrten Veröffentlichung.
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Die Verwendung aktiver Materialien, die Elektrizität in Bewegungen umwandeln können, ist nicht neu. Aber diese Materialien sind in ihrem Bewegungsbereich und ihrer Bewegungsdistanz begrenzt. Im Gegensatz dazu bestehen die von der UCLA entwickelten Robotermaterialien aus komplizierten piezoelektrischen und strukturellen Elementen, die sich biegen können,sich bei hohen Geschwindigkeiten biegen, drehen, ausdehnen oder zusammenziehen.
'Könnte den derzeitigen komplexen Montageprozess zur Herstellung eines Roboters ersetzen'
Die gedruckten Metamaterialien umfassen ein internes Netzwerk sensorischer, sich bewegender und struktureller Bewegungen. Sie können sich mit programmierten Befehlen selbst bewegen. Die einzige externe Komponente, die erforderlich ist, ist eine kleine Batterie, um den Roboter mit Strom zu versorgen.
„Wir gehen davon aus, dass diese Design- und Druckmethode für intelligente Robotermaterialien dazu beitragen wird, eine Klasse autonomer Materialien zu realisieren, die den derzeitigen komplexen Montageprozess zur Herstellung eines Roboters ersetzen könnten“, sagte der Hauptforscher der Studie.Xiaoyu RayneZheng, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen sowie für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der UCLA Samueli School of Engineering. „Mit komplexen Bewegungen, mehreren Erfassungsmodi und programmierbaren Entscheidungsfähigkeiten, die alle eng integriert sind, ähnelt es einembiologisches System mit Nerven, Knochen und Sehnen, die zusammenarbeiten, um kontrollierte Bewegungen auszuführen."
Der autonome Betrieb der 3D-Roboter – jeder so groß wie ein Fingernagel – wurde mit der Integration einer Bordbatterie und eines Controllers demonstriert.
Diese „Meta-Bots“ könnten zu neuen Designs für biomedizinische Roboter führen, die navigieren und Medikamentendosen an bestimmten Zielstellen im Körper abgeben können. Sie könnten auch gefährliche Umgebungen erkunden.
Die Robotermaterialien können Gefahren erkennen und Hindernisse erkennen
Zusätzlich hatte das Team auch eine Methodik vorgestellt, um diese Robotermaterialien zu entwerfen, damit Benutzer ihre Modelle erstellen und die Materialien in einen Roboter drucken können.
"Dies ermöglicht die präzise Anordnung von Betätigungselementen im gesamten Roboter für schnelle, komplexe und ausgedehnte Bewegungen auf verschiedenen Arten von Gelände", sagte der Hauptautor der Studie, Huachen Cui, ein Postdoktorand der UCLA in Zheng's Labor für additive Fertigung und Metamaterialien. "Mit dem piezoelektrischen Zwei-Wege-Effekt können die Robotermaterialien auch ihre Verwindungen selbst erkennen, Hindernisse über Echos und Ultraschallemissionen erkennen sowie auf externe Reize durch eine Rückkopplungsregelschleife reagieren, die bestimmt, wie sich die Roboter bewegen, wieschnell sie sich bewegen und auf welches Ziel sie sich bewegen."
Das Team baute und demonstrierte drei „Meta-Bots“ mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Einer kann um S-förmige Ecken und Hindernisse navigieren, ein anderer kann als Reaktion auf einen Kontaktaufprall entkommen und der dritte kann über unwegsames Gelände laufen und kleine Sprünge machen.
Der Bau eines Roboters war noch nie so einfach. Wenn Robotik bisher abschreckend klang, kann eine solche Technologie nur das Gegenteil versichern.