엔지니어는 로봇 재료를 만들기 위한 단일 단계, 일체형 3D 인쇄 방법을 만듭니다.

엔지니어는 로봇 재료를 만들기 위한 단일 단계, 일체형 3D 인쇄 방법을 만듭니다.
Advance는 약물을 전달하거나 구조 임무를 돕기 위해 설계된 '메타 봇'에 대한 약속을 보여줍니다.
날짜:
2022년 6월 16일
원천:
캘리포니아 대학교 - 로스앤젤레스
요약:
엔지니어들은 한 번에 로봇을 제작할 수 있는 새로운 설계 전략과 3D 프린팅 기술을 개발했습니다. 이 돌파구를 통해 로봇을 작동하는 데 필요한 전체 기계 및 전자 시스템을 여러 기능을 가진 엔지니어링 활성 물질(메타물질이라고도 함)을 위한 새로운 유형의 3D 인쇄 프로세스로 한 번에 모두 제조할 수 있었습니다. 3D 프린팅이 완료되면 '메타봇'은 추진, 이동, 감지 및 의사 결정이 가능합니다.

UCLA 엔지니어 팀과 동료들은 한 번에 로봇을 구축할 수 있는 새로운 설계 전략과 3D 프린팅 기술을 개발했습니다.

걷고, 기동하고, 점프하는 다양한 소형 로봇의 구성 및 시연과 함께 발전을 설명하는 연구는 Science 에 발표되었습니다 .

이 돌파구를 통해 로봇을 작동하는 데 필요한 전체 기계 및 전자 시스템을 여러 기능을 가진 엔지니어링 활성 물질(메타물질이라고도 함)을 위한 새로운 유형의 3D 인쇄 프로세스로 한 번에 모두 제조할 수 있었습니다. 3D로 인쇄되면 "메타봇"은 추진, 이동, 감지 및 의사 결정이 가능합니다.

인쇄된 메타 물질은 감각, 이동 및 구조 요소의 내부 네트워크로 구성되며 프로그래밍된 명령에 따라 스스로 이동할 수 있습니다. 이동 및 감지의 내부 네트워크가 이미 구축된 상태에서 필요한 유일한 외부 구성 요소는 로봇에 전원을 공급하기 위한 작은 배터리입니다.

연구의 수석 연구원인 Xiaoyu (Rayne) Zheng 부교수는 "스마트 로봇 재료의 이 설계 및 인쇄 방법론은 로봇을 만들기 위한 현재의 복잡한 조립 프로세스를 대체할 수 있는 일종의 자율 재료를 실현하는 데 도움이 될 것으로 생각합니다."라고 말했습니다. 토목 및 환경 공학, 그리고 UCLA Samueli 공과 대학의 기계 및 항공 우주 공학. "복잡한 동작, 다양한 감지 모드 및 프로그래밍 가능한 의사 결정 기능이 모두 긴밀하게 통합되어 있어 제어된 동작을 실행하기 위해 함께 작동하는 신경, 뼈 및 힘줄이 있는 생물학적 시스템과 유사합니다."

팀은 각각 손톱 크기인 3D 인쇄 로봇의 완전 자율 작동을 위해 온보드 배터리 및 컨트롤러와의 통합을 시연했습니다. UCLA 캘리포니아 나노시스템 연구소(California NanoSystems Institute) 회원이기도 한 Zheng에 따르면 이 방법론은 초음파를 방출하고 혈관 근처에서 스스로 탐색할 수 있는 자동 조종 내시경이나 작은 수영 로봇과 같은 생체 의학 로봇을 위한 새로운 설계로 이어질 수 있다고 합니다. 신체 내부의 특정 표적 부위에 약물 투여량을 전달합니다.

이러한 "메타봇"은 위험한 환경도 탐색할 수 있습니다. 예를 들어, 붕괴된 건물에서 통합 감지 부품으로 무장한 작은 로봇 떼는 제한된 공간에 빠르게 접근하고 위협 수준을 평가하며 잔해에 갇힌 사람들을 찾아 구조 작업을 도울 수 있습니다.

크기에 관계없이 대부분의 로봇은 일반적으로 팔다리, 전자 및 능동 구성 요소를 통합하는 일련의 복잡한 제조 단계로 제작됩니다. 이 프로세스는 이 새로운 방법을 사용하여 제작할 수 있는 로봇에 비해 더 무거운 무게, 더 큰 부피 및 감소된 힘 출력을 초래합니다.

UCLA가 주도하는 올인원 방법의 핵심은 전기장에 반응하여 모양을 변경하고 움직일 수 있거나 결과적으로 전하를 생성 할 수 있는 일종의 복잡한 격자 물질인 압전 메타물질의 설계 및 인쇄입니다. 물리적 힘.

전기를 운동으로 변환할 수 있는 활성 물질의 사용은 새로운 것이 아닙니다. 그러나 이러한 재료는 일반적으로 운동 범위와 이동 거리에 제한이 있습니다. 또한 원하는 동작을 달성하려면 기어박스와 같은 변속기 시스템에 연결해야 합니다.

대조적으로, UCLA에서 개발한 로봇 재료(각각 페니 크기)는 고속으로 구부러지고, 휘고, 비틀고, 회전하고, 팽창하거나 수축하도록 설계된 복잡한 압전 및 구조 요소로 구성됩니다.

팀은 또한 사용자가 자신의 모델을 만들고 재료를 로봇에 직접 인쇄할 수 있도록 이러한 로봇 재료를 설계하는 방법론을 제시했습니다.

Zheng의 적층 제조 및 메타 물질 연구소(Additive Manufacturing and Metamaterials Laboratory)의 UCLA 박사후 연구원인 Huachen Cui는 "이는 다양한 유형의 지형에서 빠르고 복잡하며 확장된 움직임을 위해 로봇 전체에 작동 요소를 정확하게 배열할 수 있게 해줍니다."라고 말했습니다. "양방향 압전 효과를 통해 로봇 재료는 비틀림을 자체 감지하고 에코 및 초음파 방출을 통해 장애물을 감지할 뿐만 아니라 로봇이 어떻게 움직이는지, 얼마나 빨리 움직이는지를 결정하는 피드백 제어 루프를 통해 외부 자극에 반응할 수 있습니다. 이동하고 목표를 향해 이동합니다."

이 기술을 사용하여 팀은 서로 다른 기능을 가진 3개의 "메타봇"을 구축하고 시연했습니다. 한 로봇은 S자형 모서리와 무작위로 배치된 장애물 주위를 탐색할 수 있고, 다른 로봇은 접촉 충격에 반응하여 탈출할 수 있고, 세 번째 로봇은 거친 지형을 걷고 작은 점프도 할 수 있습니다.

이 연구의 다른 UCLA 저자는 대학원생인 Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu 및 Haotian Lu입니다. 박사후 연구원 Ariel Calderon; 개발 엔지니어링 동료 Zhen Wang. 추가 저자는 버지니아 공대의 연구원인 Sheyda Davaria입니다. UC San Diego의 전기 및 컴퓨터 공학 부교수인 Patrick Mercier; 그리고 텍사스 A&M 대학의 기계 공학 교수인 Pablo Tarazaga가 있습니다.

이 연구는 미 해군 연구실, 공군 과학 연구실 및 국립 과학 재단의 추가 자금으로 미 국방고등연구계획국(DARPA)의 Young Faculty Award 및 Director's Fellowship Award의 지원을 받았습니다.

이 발전은 Zheng과 Hensleigh가 특허를 보유하고 있는 Virginia Tech의 연구원인 동안 이전에 개발한 3D 프린팅 기술을 통합합니다. 연구원들은 UCLA에서 개발한 새로운 방법론에 대해 UCLA 기술 개발 그룹을 통해 추가 특허를 출원할 계획입니다.