روش جدید پرینت سه بعدی ساخت ربات
تیم تحریریه- ۵ تیر ۱۴۰۱
گروهی از مهندسین دانشگاه کالیفرنیا، UCLA و همکاران‌شان راهبرد جدیدی برای طراحی و پرینت سه‌بُعدی توسعه داده‌اند که می‌تواند تنها در یک گام، ربات بسازد. در واقع، پرینت سه بعدی ساخت ربات در قالب مقاله‌ای در ژورنال Science به چاپ رسیده است.
به موجب این کشفیات، اکنون می‌توان با پرینت سه‌بُعدی مواد مهندسی‌شده و چندکارکردی، سیستمهای مکانیکی و الکترونیکی به‌کاررفته در ربات‌ها را تنها طی یک گام تولید کرد. رباتی را که از این روش به دست می‌آید، فراربات Meta-robot می‌خوانند؛ فراربات‌ها قادر به حرکت و تصمیم‌گیری هستند.
آنچه چاپ می‌شود، شبکه حسی داخلی، مؤلفه‌های حرکتی و ساختاری هستند که می‌توانند بر اساس برنامه دریافتی حرکت کنند. به‌جز این مؤلفه‌ها، یک باتری کوچک برای تأمین توان ربات هم لازم است.
ساخت پرینت سه بعدی ساخت ربات
چائو ژنگ، بازرس اصلی پژوهش و استاد مهندسی شهری و زیست‌محیطی دانشگاه UCLA، توضیح می‌دهد: «انتظار داریم روش جدیدی که برای طراحی و پرینت مؤلفه‌های ربات ارائه داده‌ایم، یعنی ساخت پرینت سه بعدی ساخت ربات به کشف دسته‌ای از مواد کمک کند که بتوانند جای فرایندهای پیچیده مونتاژ را بگیرد. با ادغام حرکات پیچیده، حواس چندگانه و قابلیت‌های تصمیم‌گیری، سیستمی شبه‌زیستی به وجود می‌آید که تمام مؤلفه‌هایش به صورت یکپارچه با هم کار می‌کنند، تا حرکاتی کنترل‌شده از خود به نمایش بگذارند.»
یکی دیگر از موارد ساخت پرینت سه بعدی ساخت ربات این است که پژوهشگران یک باتری و کنترلر، هر یک به اندازه یک سر انگشت، نیز در ربات‌ها تعبیه کرده‌اند، تا آن‌ها را کاملاً خودکار سازند. به گفته ژنگ که عضو مؤسسه نانوسیستمز کالیفرنیا نیز هست، این روش در طراحی ربات‌های زیست‌پزشکی جدید (همچون اندوسکوپ‌های خودران یا ربات‌های شناور کوچک) نیز کاربر دارد؛ ربات‌هایی از این دست می‌توانند با صدور امواج فراصوت، راه خودشان را در اطراف رگ‌های خونی پیدا کرده و میزان داروی موردنیاز را به هریک از بافت‌های موردنظر برسانند.
این فراربات‌ها برای جست‌وجو در محیط‌های پرخطر هم مفید هستند. برای مثال، ربات‌های ادغام‌شده‌ای که به شیوه پرینت سه بعدی ساخت ربات طراحی شده‌اند، با اجزای حسی به ساختمانی که فرو ریخته است، وارد می‌شوند، تا به‌سرعت به فضاهای بسته دسترسی پیدا کنند، سطح خطر را ارزیابی نمایند و با یافتن افرادی که در آوار گیر افتاده‌اند، به نیروهای امداد و نجات کمک کنند.
نکات جدید ربات‌های طراحی‌شده با پرینت سه بعدی ساخت ربات
تاکنون، بیشتر ربات‌ها، فارغ از اندازه‌شان، طی یک توالی از گام‌های تولیدی پیچیده ساخته شده‌اند که اندام‌ها و مؤلفه‌های الکترونیک را با یکدیگر ادغام می‌کنند. این فرایند، در مقایسه با رویکرد جدید، به ساخت ربات‌هایی با وزن بالا، حجم زیاد و توان کم می‌انجامد.
در خصوص نکات جدید ربات‌های طراحی‌شده با پرینت سه بعدی ساخت ربات، باید بگوییم: محور اصلی رویکرد جدید و تک‌مرحله‌ای، طراحی و پرینت مواد فیزوالکترولیک است: دسته‌ای از مواد مشبک تودرتو که می‌توانند شکل و حرکت خود را در پاسخ به میدان الکتریکی تغییر دهند و در نتیجه نیروی فیزیکی، بار الکتریکی تولید کنند.
مواد فعال نیز قابلیت تبدیل برق به حرکت را دارند؛ ولی علی‌رغم کاربرد فراوان، محدودیت‌هایی از نظر گستره حرکتی و مسافت دارند. به علاوه، برای انجام حرکات موردنظر به اتصال به سیستمهای انتقال (ترنسمیشن) نیاز دارند.
در مقابل، موادی که به روش جدید تولید می‌شوند، به اندازه یک سکه هستند و از مواد فیزوالکتریک پیچیده‌ای و مؤلفه‌های ساختاری پیچیده‌ای تشکیل می‌شوند که می‌توانند انواع حرکات (خم شدن، انقباض، انبساط و پیچیدن) را با سرعت انجام دهند.
علاوه بر این، پژوهشگران روشی برای طراحی مؤلفه‌های رباتیک نیز ارائه داده‌اند که به کاربران اجازه می‌دهد مدل‌های منحصر به خود را طراحی کرده و با پرینت سه بعدی ساخت ربات، مواد موردنیاز را مستقیماً به ربات تبدیل کنند.
هواچن کوی، نویسنده اصلی مقاله و دانشجوی پست‌دکتری UCLA، می‌گوید: «رویکرد ما دقت مؤلفه‌ها را افزایش می‌دهد و آن‌ها را به‌نحوی کنار هم می‌چیند که ربات بتواند در بافت‌های گوناگون، حرکاتی پیچیده، سریع و گسترده از خود به نمایش بگذارد. اثر دوسویه فیزوالکترولیک به مؤلفه‌ها اجازه می‌دهد از طریق تولید امواج فراصوت و اکوی آن‌ها، پیچ‌وخم‌های مسیر و موانع موجود را تشخیص دهند. به علاوه، ربات‌ها می‌توانند با استفاده از لوپ کنترل بازخوردی که نحوه حرکت، سرعت حرکت و جهت حرکت را تعیین می‌کند، به محرک‌های بیرونی پاسخ دهند.»
فراربات
پژوهشگران سه «فراربات» از طریق این رویکرد ساخته‌اند که هر یک قابلیتی منحصربه‌فرد دارند. یکی از ربات‌ها می‌تواند در مسیری به شکل حرف S، با وجود موانع پراکنده حرکت کند. ربات دیگر در اثر برخورد با اجسام فرار می‌کند. ربات سوم نیز از روی زمین سخت عبور کرده و حتی می‌پرد.
دیشنگ یائو، رایان هنزلی، ژنپنگ چو و هائوتین لو، دانشجویان تحصیلات تکمیلی UCLA، آریل کالدرون، دانشجوی پست‌دکتری، ژن ونگ، مهندس توسعه، جزو نویسندگان این مقاله بوده‌اند. سایر نویسندگان عبارت‌اند از: شیدا داوریا، دستیار پژوهشی از دانشگاه ویرجینیا تک، پاتریک کرسیر، استاد مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه سن‌دیگو، و پابلو تارازاگا، استاد مهندسی مواد دانشگاه A%M تگزاس. پژوهش از سوی دارپا، دفتر پژوهش‌های نیروی دریایی ایالات متحده، دفتر پژوهش‌های علمی نیروی هوایی و بنیاد ملی علوم پشتیبانی شده است.
این دستاورد نوآورانه از تکنیک‌های پرینت سه بعدی ساخت ربات استفاده می‌کند که قبلاً به نام ژنگ و هنزلی اختراع و ثبت شده‌اند. پژوهشگران قصد دارند با کمک گروه توسعه فناوری UCLA، این روش جدید را هم به عنوان اختراع رسماً به ثبت برسانند.
جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید
