팀이 전도성 재료를 사용하여 칩이 없고 자율적인 OrigaMechs를 제작했습니 다.

로봇 공학자들은 얇고 유연한 시트로 자율 기계를 개발하기 위해 고대의 종이 접기 기술과 유사한 기술을 사용해 왔습니다. 이 경량 로봇은 만들기가 더 간단하고 저렴하며 보관과 운반이 더 간편하도록 더 콤팩트합니다.

그러나 환경 감지, 분석 및 반응과 같은 고급 로봇 기능을 구현하는 데 전통적으로 필요한 단단한 컴퓨터 칩은 얇은 시트 재료에 추가 무게를 추가하고 접는 것을 더 어렵게 만듭니다. 따라서 반도체 기반 구성 요소는 로봇이 최종 형태를 취한 후에 추가해야 합니다.

이제 UCLA Samueli 공과대학의 연구원들이 이끄는 다학제적 팀은 반도체에 의존하지 않고 다양한 복잡한 작업을 수행할 수 있는 완전히 접을 수 있는 로봇을 위한 새로운 제조 기술을 개발했습니다. 연구 결과를 자세히 설명하는 연구가 에 발표되었습니다. 네이처 커뮤니케이션즈.

사전 절단된 얇은 폴리에스테르 필름 시트에 유연하고 전기 전도성이 있는 재료를 내장함으로써 연구원들은 센서 및 액추에이터와 통합할 수 있는 정보 처리 장치 또는 트랜지스터 시스템을 만들었습니다. 그런 다음 반도체의 기능을 에뮬레이트하는 간단한 컴퓨터 아날로그 기능으로 시트를 프로그래밍했습니다. 자르고 접고 조립하면 시트는 환경을 감지하고 분석하고 정밀하게 반응하여 행동할 수 있는 자율 로봇으로 변모합니다. 연구원들은 그들의 로봇을 Origami MechanoBots의 줄임말인 “OrigaMechs”라고 명명했습니다.

“이 작업은 종이 접기 기반 제조와 관련된 유리한 속성을 유지하면서 확장된 기능과 자율성 수준을 갖춘 새로운 종류의 종이 접기 로봇으로 이어집니다.”라고 연구 주 저자인 UCLA 기계 공학 박사 과정 학생인 Wenzhong Yan은 말했습니다.

OrigaMechs는 “AND”, “OR” 및 “NOT”와 같은 접힘 및 프로그래밍된 부울 논리 명령에 의해 생성된 기계식 종이접기 다중화 스위치의 조합에서 컴퓨팅 기능을 파생했습니다. 스위치는 시스템에 입력되는 가변 압력 및 열에 따라 전기 신호를 선택적으로 출력하는 메커니즘을 활성화했습니다.

새로운 접근 방식을 사용하여 팀은 시스템의 잠재력을 입증하기 위해 3개의 로봇을 제작했습니다.

• 더듬이 중 하나가 장애물을 감지하면 방향을 바꾸는 곤충 모양의 보행 로봇
• 양쪽 턱 센서가 물체를 감지하면 “먹이”를 감싸는 파리지옥 모양의 로봇
• 다양한 기하학적 패턴의 미리 설계된 경로를 따라 이동할 수 있는 재프로그래밍 가능한 이륜 로봇

시연을 위해 로봇이 전원에 묶여 있는 동안 연구원들은 장기적인 목표는 박막 리튬 배터리로 구동되는 에너지 저장 시스템이 내장된 자율 종이접기 로봇을 갖추는 것이라고 말했습니다.

칩이 없는 설계는 전통적인 반도체 기반 전자 장치가 작동하지 않을 수 있는 강한 복사 또는 자기장, 강렬한 무선 주파수 신호 또는 높은 정전기 방전이 있는 장소와 같은 극한 환경에서 작업할 수 있는 로봇으로 이어질 수 있습니다.

UCLA 연구소장이자 전기 및 컴퓨터 공학과 조교수인 안쿠르 메타(Ankur Mehta) 연구 책임자는 “자연재해나 인간이 만든 재난과 같은 이러한 유형의 위험하거나 예측할 수 없는 시나리오는 종이접기 로봇이 특히 유용한 것으로 입증된 곳일 수 있다”고 말했다. 임베디드 기계 및 유비쿼터스 로봇용.

Mehta는 “로봇은 특수 기능을 위해 설계되고 주문형으로 매우 신속하게 제조될 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다. “또한 아주 멀리 떨어져 있지만 다른 행성에는 이러한 시나리오에 영향을 받지 않는 탐험 로봇이 매우 바람직한 환경이 있을 수 있습니다.”

이 유연한 절단 및 접기 기술로 제작된 사전 조립된 로봇은 엄청난 공간 절약을 위해 평면 포장으로 운송될 수 있습니다. 이것은 모든 입방 센티미터가 중요한 우주 임무와 같은 시나리오에서 중요합니다. 저비용, 경량 및 제작이 간단한 로봇은 또한 혁신적인 교육 도구 또는 새로운 유형의 장난감 및 게임으로 이어질 수 있습니다.

이 연구의 다른 저자는 UCLA 학부생 Mauricio Deguchi와 대학원생 Zhaoliang Zheng, 그리고 매사추세츠 공과 대학의 로봇 공학자 Shuguang Li와 Daniela Rus입니다.

이 연구는 국립 과학 재단의 지원을 받았습니다. Yan과 Mehta는 UCLA 기술 개발 그룹을 통해 특허를 신청하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230403162632.htm