Naukowcy z Bioinspired Robotics Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego stworzyli niezwykłego robota poruszającego się bez użycia jakiejkolwiek elektroniki. Co więcej, robot powstaje w całości na zwykłej drukarce 3D w całości i to zaledwie z jednego materiału. Jedyne, co jest potrzebne, aby ruszył, to podłączenie naboju ze sprężonym gazem.
Profesor Michael Tolley, szef zespołu badawczego z Wydziału Mechaniki i Inżynierii Lotniczej UC San Diego, podkreśla wyjątkowość tego projektu: – To zupełnie nowatorskie podejście do budowania maszyn. Naukowcy celowo uprościli konstrukcję robota, dzięki czemu stał się on nie tylko niezwykle wytrzymały, ale także tani w produkcji – koszt jednego egzemplarza to około 20 dolarów.
Jak działają roboty bez elektroniki?
Roboty opracowane w laboratorium profesora Tolleya są napędzane pneumatycznie – za pomocą sprężonego gazu. Naukowcy stworzyli specjalny obwód oscylacyjny, który wykorzystuje zmienne ciśnienie powietrza, koordynując ruchy sześciu nóg robota. Każda noga robota może poruszać się w czterech różnych kierunkach: w górę, w dół oraz do przodu i do tyłu, dzięki czemu urządzenie porusza się stabilnie po prostej linii. Inspiracją dla tego mechanizmu były stare lokomotywy parowe, gdzie para napędzała mechaniczne elementy silnika.
Pneumatyczny obwód oscylacyjny – to system, który wykorzystuje sprężone powietrze do wywołania powtarzalnych ruchów mechanicznych, podobny do działania tłoków w silnikach parowych. Zmienne ciśnienie powietrza powoduje cykliczne poruszanie się poszczególnych elementów robota, np. nóg czy chwytaków.
Szczególną zaletą tego rozwiązania jest możliwość ciągłej pracy robota. Jak wykazały testy laboratoryjne, urządzenie może działać nieprzerwanie nawet przez trzy dni, jeśli jest stale podłączone do źródła sprężonego gazu. Co ważniejsze, robot świetnie radzi sobie także bez stałego podłączenia – może chodzić samodzielnie na zewnątrz, pokonując różne nawierzchnie, jak piasek czy trawa, a nawet poruszać się pod wodą.
Konstrukcja bez tradycyjnych komponentów
Jednym z największych wyzwań było zaprojektowanie robota, który powstaje w całości w drukarce 3D i jest wykonany z miękkich, elastycznych materiałów, bez użycia tradycyjnych, sztywnych komponentów. Zespół profesora Tolleya, kierowany przez dr Yichena Zhaia, dostosował specjalną technikę drukowania 3D, którą wcześniej zastosowano do produkcji chwytaka bez elektroniki.
– Wprowadziliśmy duży przełom, tworząc robota, który potrafi samodzielnie chodzić prosto po wyjęciu z drukarki – mówi Zhai. – Najtrudniejszym etapem było zintegrowanie sztucznych mięśni i systemu sterowania w jednym, jednorodnym elemencie.
Sztuczne mięśnie – elementy wykonane z elastycznych materiałów, które kurczą się lub rozciągają pod wpływem zmieniającego się ciśnienia, naśladując w ten sposób funkcje naturalnych mięśni u żywych organizmów.
Bioinspired Robotics Laboratory specjalizuje się w projektowaniu urządzeń inspirowanych naturą. Tym razem celem było stworzenie robota, który może pracować tam, gdzie elektronika byłaby bezużyteczna lub niebezpieczna – na przykład w miejscach o wysokim poziomie promieniowania, podczas misji kosmicznych, czy w trakcie akcji ratowniczych po katastrofach.
Współpraca zespołu Tolleya z koncernem BASF poprzez platformę California Research Alliance (CARA) umożliwiła przetestowanie różnych materiałów do druku 3D. Choć naukowcy z powodzeniem stworzyli roboty ze standardowych materiałów dostępnych na rynku, obecnie testują też nowoczesne materiały, które nie są jeszcze dostępne komercyjnie.
Dalsze kierunki badań
Kolejnym krokiem jest opracowanie metod przechowywania gazu bezpośrednio w robocie oraz zastosowanie materiałów biodegradowalnych lub nadających się do recyklingu. Twórcy robotów rozważają także możliwość wyposażenia ich w dodatkowe manipulatory, zwiększające tym samym potencjał użytkowy urządzenia.
źródła: imeche.org, techeblog.com, azorobotics.com
Dodaj komentarz