یادگیری خزیدن: ربات اریگامی مانند کرم خاکی حرکت می کند

محققان امیدوارند روزی طرح کاغذ را در روبات های کوچک ، مقیاس پذیر و ارزان و همچنین ساختارهای تطبیقی قابل استقرار ادغام کنند.

تیمی از مهندسین دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign نوع جدیدی از ربات خزنده را ساختند. طراحی کمتر چرخ از دو منبع غیر متعارف الهام می گیرد: اریگامی و کرم خاکی. استادان دستیار AIMY WISSA و SAME TAWFICK ، به همراه تیمی از دانشجویان فارغ التحصیل و کارشناسی ، از اصول تاشو کاغذ "Kresling" برای ایجاد محرک های ساختمان سازی استفاده کردند (شکل 1).

ساختار اریگامی Kresling - یک برج کایرال با یک پایه چند ضلعی - گسترش و انقباض آن به حرکت طولی و چرخشی ، دقیقاً مانند چرخش یک پیچ معمولی است. طراحی روباتیک دانشگاه ایلینویز از اسکلت ساخته شده از برج اریگامی کمانش استفاده می کند. یک سرووموتور بلوک های اریگامی را می چرخاند و باعث گسترش و انقباض از حرکت چرخش می شود. سپس این ربات راه رفتن یک کرم خاکی خزنده را به دست می گیرد.

محققان دانشگاه امیدوارند روزی طرح کاغذ را در روبات های کوچک ، مقیاس پذیر و ارزان و همچنین ساختارهای سازگار قابل استقرار ادغام کنند. به گفته محققان ، "توانایی تولید یک سیستم مکانیکی سه بعدی کاربردی و هندسی پیچیده از یک برگه مسطح ، فرصت های هیجان انگیز را در زمینه رباتیک برای سیستم های از راه دور ، مستقل مستقر یا یکپارچه سازی یکپارچه کم هزینه معرفی می کند."

شکل 1. اساتید دستیار Wissa و Sameh Tawfick (تصویر دوم و سوم از سمت راست) ربات اریگامی را با کمک دانشجویان فارغ التحصیل و کارشناسی طراحی کردند.(اعتبار: کالج مهندسی دانشگاه ایلینویز)

طراحی حرکت با استادیار AIMY WISSA صحبت کرد.

ربات شما چگونه حرکت می کند؟

پروفسور AIMY WISSA: The Robot از بلوک های ساختمانی اریگامی استفاده می کند. شما می توانید از آنها به عنوان محرک یا مکانیسم هایی که ورودی های چرخش را به حرکت تبدیل می کنند فکر کنید. ما یک سرووموتور داریم که بلوک های داخلی اریگامی را تبدیل می کند ، و این به طول و انقباض طولی ترجمه می شود تا به جلو حرکت کند. این ایده شبیه به پیچ است.

چگونه روبات ها و کنترل می شوند؟

Wissa: پری ، ربات بزرگتر ، با استفاده از باتری لیتیوم پلیمر (LIPO) که روی ربات سوار شده است ، تغذیه می شود. باتری یک سرویس دهنده را قدرت می دهد ، که پایه برج اریگامی را می چرخاند. این ربات با یک تخته آردوینو کنترل می شود ، همچنین روی ربات سوار شده است. بنابراین ، این ربات با تمام منبع تغذیه و کنترل های خود ، بدون استفاده است.

پلی یک ربات بسیار کوچکتر است ، حدود یک چهارم از اندازه پری (شکل 2). پری با استفاده از منبع تغذیه خارجی تغذیه می شود و همچنین با استفاده از یک تخته آردوینو کنترل می شود. با این حال ، صفحه کنترل روی ربات نصب نشده است. برخلاف پری ، پلی متصل است. بخشی از کار فعلی ما ایجاد یک معماری کنترل است تا روبات ها خودمختار باشند.

چگونه روبات ها مانند کرم خاکی هستند؟

ویسا: این روبات از راه رفتن کرمهای خاکی یا پریستالس تقلید می کند. Peristalsis استراتژی حرکتی است که کرم های خاکی در آن از آن استفاده می کند که انقباض در عضلات دایره ای منجر به حرکت رو به جلو می شود. این در ربات ما تقلید می شود زیرا حرکت دایره ای و ورودی چرخشی در پایه برج اریگامی منجر به انبساط یا انقباض در جهت طولی می شود که باعث حرکت رو به جلو می شود.

شکل 2. نزدیک به نسخه های بزرگتر و کوچکتر از ربات اریگامی ، که از اصول کاغذ "Kresling" برای ایجاد محرک های بلوک ساختمان استفاده می کند.(اعتبار: کالج مهندسی دانشگاه ایلینویز)

ما همچنین از عملکرد Setae ، که موهای کوچکی روی بدن کرمهای خاکی است ، تقلید کرده ایم. با الهام از آن ست ها ، ما پاهای جهت دار را طراحی کردیم و این روبات را قادر می سازد که به جلو حرکت کند ، اما به عقب نمی کشید.

چه چیزی باعث شد شما از اصول تاشو اریگامی استفاده کنید؟

ویسا: پروفسور Sameh Tawfick وارد دفتر من شد و او یک برج کرلینگ اریگامی داشت. او گفت ، "به این نگاه کن! شما می توانید آن را به عنوان یک پیچ یا یک محرک "مینی" فکر کنید. "من به او نگاه کردم و فکر کردم ، "ما واقعاً می توانیم با استفاده از این یک ربات خزنده عالی طراحی کنیم."یک برج اریگامی از بی ثباتی های کمرنگ استفاده می کند ، بنابراین ورودی چرخشی بسیار کمی پرش طولی بزرگ یا انقباض را به شما می دهد.

چگونه این بی ثباتی های کمرنگ در ربات ظاهر می شود؟

WISSA: بی ثباتی کمانش که ما در طراحی خود از آن سوءاستفاده می کنیم ، یک خاصیت ساختاری است که به یک ورودی کوچک اجازه می دهد تا منجر به خروجی بزرگ و سریع شود ، که از آن به عنوان یک ضربه محکم و ناگهانی یاد می شود. کمانش ضربه محکم و ناگهانی هنگامی اتفاق می افتد که ورودی انرژی به سیستم کافی باشد تا ساختار را از طریق تعادل ناپایدار و به یک تعادل پایدار منتقل کند. سلولهای اریگامی که برجهای داخلی Kresling را در روبات ها تشکیل می دهند ، دو پایدار هستند ، به این معنی که آنها دارای دو تعادل هستند و می توانند از یک تعادل به دیگری با تغییر کوچک در ورودی ، که زاویه چرخش در پایه اریگامی است ، ضربه بزنید. سلول.

به دلیل این طرح چه برنامه هایی امکان پذیر است؟

ویسا: از آنجا که بدن تغییر شکل دارد - و اریگامی از کاغذ ساخته شده و نرم است - ما واقعاً می توانیم به فضاهای تنگ برویم. بنابراین ، ما می توانیم از این استفاده برای بازرسی لوله استفاده کنیم. لوله ها انواع مختلفی از قطر دارند و شما می خواهید چیزی که می تواند در آنجا با سهولت جا بگیرد.

به دلیل چین های تکراری اریگامی ، می توانیم ساختارهای متامریک را بسازیم - ساختارهای هر بخش ، به صورت سری ، و همه آنها عملکرد یکسانی دارند. بنابراین ، اکنون می توانید به عنوان یک واحد واحد حرکت کنید ، یا می توانید در بخش های کوچکتر قرار بگیرید ، چندین کار انجام دهید و سپس دوباره ملاقات کنید. اگر می خواهید یک قطعه بزرگ از زمین را بررسی کنید ، به عنوان مثال ، می توانید داده ها را به طور جداگانه جمع آوری کنید و در پایان می توانید تمام آن روبات ها را در یک جمع کنید.

چگونه ربات شما با روبات های چرخدار معمولی مقایسه می شود؟

ویسا: روبات های چرخدار عالی هستند. اما وقتی به زمین های ناهموار می روید ، پاها بهتر هستند. من می توانم تصور کنم که این روبات را پس از یک زلزله ، یا جایی که آوار یا زمین ناهموار وجود دارد ، راه اندازی کند. پاهای این ربات می تواند روی سطوح مختلف قرار بگیرد و به جلو حرکت کند.

در مورد توسعه فناوری چیست؟

ویسا: ما می خواهیم حالت های حرکتی را گسترش دهیم. ما می توانیم به جلو برویم و می توانیم به چپ و راست بپیچیم. ما می خواهیم حالت های دیگر حرکت را کشف کنیم: نورد یا پرش.

آیا نگرانی های دوام با مواد مانند کاغذ وجود دارد؟

Wissa: مقاله یک ماده مناسب برای سازه های اریگامی است زیرا می تواند بدون ایجاد یکپارچگی ساختاری آن به دور از چین ها ، چین ها را حفظ کند. استحکام و دوام به دور از چین ها نتیجه ای از الیاف است که برای تولید کاغذ به هم فشرده شده اند. گفته می شود ، ما به بررسی مواد مختلف برای گسترش امکانات برنامه برای این روبات ها ادامه خواهیم داد.

این پروژه روباتیک در ابتدا همکاری بین دو آزمایشگاه در دانشگاه ایلینویز بود - آزمایشگاه مورفولوژی تطبیقی بیوپسید (به رهبری Wissa) و آزمایشگاه مواد جنبشی (به رهبری Tawfick). اکنون این پروژه در حال گسترش است که شامل یک آزمایشگاه سوم (گروه تحقیقاتی Alleyne) است تا یک استراتژی کنترل پیچیده تر و خودمختار را امکان پذیر کند. در مورد ربات خزنده با الهام از اریگامی در مکانیکی. illinois. edu بیشتر بدانید.