Robogami - echte Nachkommen von Terminatoren und Transformatoren

Wenn Sie jemanden fragen, was ihm einfällt, wenn er "Roboter" sagt, erhalten Sie wahrscheinlich Antworten, die auf der Popkultur basieren. Zum Beispiel T-1000 aus flüssigem Metall, das seine Form ändern kann, aus dem Film Terminator 2: Judgement Day (1991); oder Optimus Prime, der Anführer der Autobots, der Hauptfigur in der Transformers-Filmreihe (2007-). Wer kann Daten aus der Serie Star Trek: The New Generation (1987-94), der kybernetischen Version von Pinocchio, vergessen, die danach strebt, menschlicher zu werden?

Diese und unzählige andere Beispiele enthalten einige Humanoide. Wenn Optimus nicht die Form eines Lastwagens hat, hat er Beine und Arme. Standardmäßig hat der T-1000 eine menschliche Form. Die Daten wurden nach dem Bild ihres menschlichen Schöpfers modelliert. Nach Hollywood-Standards kann die endgültige Version der Robotertechnologien äußerlich nicht von den Menschen selbst unterschieden werden.

Und wenn unsere Vorstellungskraft nicht durch irgendetwas eingeschränkt ist, erlauben uns technologische Probleme immer noch nicht, in der Realität Roboter zu entwickeln, die das menschliche Verhalten perfekt imitieren. Und doch habe ich versucht, dieses Problem zu lösen. Durch meine Kenntnisse im Maschinenbau konnte ich mein Ziel durch die Entwicklung von Mechanismen mit komplexen Parametern erreichen. Einer von ihnen war mit dem Entwurf eines Simulators der motorischen Muskeln der Augen verbunden. Nein, dieses Projekt wurde nicht benötigt, um eine der Komponenten des Terminators zu erstellen. Es war ein Versuch, das Verhalten des menschlichen Auges zu verstehen und zu simulieren.

Zu diesem Zweck musste ein visuelles System entwickelt werden, das Sakkade ausführtBewegungen - schnelle und gleichzeitige Bewegungen beider Augen in die gleiche Richtung mit einer Höchstgeschwindigkeit von mehr als 500 Grad pro Sekunde (ja, Menschen sind dazu in der Lage). Das mechanische System musste wie das menschliche Auge entlang drei unabhängiger Rotationsachsen (Freiheitsgrade, SS) arbeiten. Unsere Augen können sich nicht nur nach oben / unten oder rechts / links bewegen, sondern auch Bewegungen verdrehen. Es war ziemlich schwierig, alle elektrisch und mechanischen Teile des Systems, einschließlich Gelenke, Verbindungen und Motoren, in einem bestimmten Volumen zu platzieren. Und all dies wurde für nur eine genau definierte Aufgabe benötigt.

Es folgten mehrere andere von Menschen inspirierte Roboter. Und obwohl ich mein Ziel erreicht hatte, hatten meine Roboter Einschränkungen. Ich habe zum Beispiel einen Roboterarm mit 8 SS und eine Bürste mit 7 SS (zusammen 3,7 kg schwer, was mit menschlichen Händen vergleichbar ist) entwickelt. Sie erwiesen sich als flexibel genug, um einen Baseball zu nehmen und zu werfen, aber sie können keine Münze heben. Sie können sich mit genügend Kraft die Hand geben, aber sie können ihren Daumen nicht schnell genug bewegen.

Kurz gesagt, die Gliedmaßen, die ich geschaffen habe, waren in ihrem Umfang begrenzt. Sie hatten eine bestimmte Anzahl von Gelenken und Antrieben, was bedeutet, dass ihre Funktionalität und Form seit ihrer Erfindung in das Gerüst eingearbeitet wurden. Der Roboterarm hatte motorisierte Gelenke, so dass Sie den Ball schlagen konnten, aber keinen Sprecher kochen konnten. Wenn es jedoch unendlich viele Aufgaben gibt, benötigen sie dann unendlich viele Kombinationen von Robotern?

Die Welt der unendlichen Möglichkeiten, wie sie im Animationsfilm „Big Hero 6“ (2014) beschrieben ist, in dem es Mikrobots gibt, schien mir sehr weit weg zu sein, als mir klar wurde, dass wir bereits eine flexible und facettenreiche Plattform für Roboter haben. Die Methode, mit denselben Grundkomponenten unterschiedliche, definierte Formen zu erstellen, gibt es seit Jahrhunderten. Es heißt Origami.

Wer hat nicht aus einem Stück Papier ein Papierflugzeug, ein Papierboot oder einen Kran gemacht? Origami ist eine bestehende und vielfältige Plattform für Designer. Sie können viele Formulare aus einem Blatt erstellen. Wenn Ihnen diese nicht gefallen, können Sie sie erweitern und erneut starten. Mathematiker haben sogar bewiesen, dass man durch Falten einer zweidimensionalen Oberfläche jede dreidimensionale Form erhalten kann.

Kann diese Technologie auf das Roboterdesign angewendet werden? Stellen Sie sich ein Robotermodul vor, das mithilfe von Polygonen viele verschiedene Formen erstellen kann, viele Roboter, um verschiedene Probleme zu lösen. Stellen Sie sich außerdem ein „Smart Sheet“ vor, das sich je nach den Anforderungen der Umgebung unabhängig in jede gewünschte Form falten lässt.

Der erste Origami-Roboter, den ich "Roboter" nannte, habe ich vor zehn Jahren hergestellt. Es war eine einfache Kreatur - ein flacher Roboter, der sich zu einer Pyramide falten und zu einer flachen Figur zurückfalten und dann zu einem Raumschiff falten konnte.

Mein Studium, in dem mir Doktoranden und ein Postdoc helfen, ist seitdem ordentlich vorangekommen, und jetzt kommt eine neue Generation von Robotern heraus. Es ist für bestimmte Zwecke vorgesehen: Beispielsweise kann sich einer der Roboter autonom auf verschiedenen Oberflächen bewegen. Auf einer trockenen und flachen Oberfläche bewegt es sich kriechend. Wenn er auf eine unebene Oberfläche stößt, rollt er und aktiviert die Motoren in einer anderen Reihenfolge. Mit einem Hindernis konfrontiert, kann er einfach darüber springen! Dazu speichert er Energie in jedem der Beine und wirft sie dann heraus, katapultiert sich wie ein Schuss aus einer Schlinge.



Roboter können je nach Umgebung und Aufgaben sogar verstehen und zusammenbauen. Roboter sind nicht als ein Roboter für eine bestimmte Aufgabe konzipiert - sie sind von Anfang an für die Ausführung verschiedener Aufgaben konzipiert und optimiert.

Und das ist nur ein Roboter. Stellen Sie sich vor, wozu mehrere Roboter in einer Gruppe in der Lage sind. Zusammen können sie komplexere Probleme lösen. Jedes Modul kann im aktiven oder passiven Modus in verschiedenen Formen zusammengebaut werden. Durch die Steuerung von Faltverbindungen können sie verschiedene Probleme in einer sich ändernden Umgebung lösen. Zum Beispiel kann man sich einen Raum mit unvorhersehbaren Bedingungen vorstellen. Eine Roboterplattform, die sich ändern kann, um verschiedene Aufgaben zu erledigen, kann die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Mission erhöhen.

Eine radikale geometrische Neuausrichtung durch Roboter wurde dank zweier wissenschaftlicher Durchbrüche möglich. Eine davon ist ein mehrschichtiger Produktionsprozess: Mehrere Funktionsschichten mit Roboterkomponenten (Mikrocontroller, Sensoren, Antriebe, Schaltkreise und sogar Batterien) sind übereinander gestapelt. Der zweite ist der Übergang im Design von typischen mechanischen Verbindungen zu einer ganzen Reihe von Faltverbindungen.

Es stellt sich heraus, dass wir uns nicht auf die Minimierung der Größe der Komponenten der Gelenke konzentrieren, sondern die Anzahl der Komponenten während der Entwicklung des Roboters reduzieren können. Wir können Systeme miniaturisieren, die viele Komponenten enthalten und einen komplexen Montage- und Kalibrierungsprozess erfordern, wodurch sie flach werden. Sie können unter Beibehaltung der Genauigkeit überlagert werden.

Ein solches System ist die taktile Steuerung, wenn der Benutzer und der Computer über einen Mechanismus wie einen Joystick interagieren. Es wird häufig in Operationsrobotern verwendet, wenn Chirurgen eine hohe Genauigkeit und ein hochauflösendes Feedback benötigen. Dazu müssen Sie einen großen Operationssaal mit Roboterarmen organisieren, die über eine große Anzahl von Freiheitsgraden verfügen, und es den Chirurgen ermöglichen, die Dichte von Organen und Hohlräumen mithilfe einer motorisierten Schnittstelle zu spüren, die den Unterschied in den Auswirkungen auf den Robotereffektor vermittelt.

Robogs machen taktile Technologie zugänglicher als je zuvor. Eine solche Schnittstelle bei RoboternSie können sich so etwas wie einen zusammenklappbaren Joystick vorstellen, der mit einer Smartphone-Abdeckung ausgestattet werden kann. Wenn Sie die taktile Schnittstelle mit dem Telefon verbinden, kann sie als tragbarer Joystick verwendet werden, der für alltägliche Aufgaben wie Einkaufen oder Online-Training geeignet ist. Es ermöglicht Ihnen, verschiedene Organe einer Person anhand des anatomischen Atlas, der geografischen Merkmale von Orten auf der Karte oder sogar der Dichte und Reife verschiedener Käsesorten oder Früchte zu untersuchen.

Robotertechnologien bewegen sich in Richtung einer stärkeren Personalisierung und Anpassung an Menschen, und diese einzigartige Art von abstimmbaren Origami-Robotern sieht sehr vielversprechend aus. Es kann zu einer Plattform werden, die eine intuitive und eingebettete Oberfläche bietet. Roboter sehen nicht mehr wie Filmfiguren aus. Sie werden uns umgeben und ihre Form und Funktionen ständig anpassen - und wir werden es nicht einmal bemerken.

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