Robogami - vrais descendants de terminateurs et transformateurs

Demandez à n'importe qui ce qui vous vient à l'esprit quand il dit "robot" et vous obtiendrez probablement des réponses basées sur la culture pop. Par exemple, le T-1000 en métal liquide, capable de changer de forme, tiré du film Terminator 2: Judgment Day (1991); ou Optimus Prime, le leader des Autobots, le personnage principal de la franchise de films Transformers (2007-). Qui peut oublier les données de la série Star Trek: The New Generation (1987-94), la version cybernétique de Pinocchio, qui s'efforce de devenir plus humaine?

Ceux-ci, et d'innombrables autres exemples, contiennent des humanoïdes. Quand Optimus n'est pas en forme de camion, il a des jambes et des bras. Par défaut, le T-1000 a une forme humaine. Les données ont été modélisées à l'image de son créateur humain. Selon les normes hollywoodiennes, la version finale des technologies robotiques ne peut être distinguée extérieurement des personnes elles-mêmes.

Et si notre imagination n'est limitée par rien, les problèmes technologiques ne nous permettent toujours pas de créer en réalité des robots qui imitent parfaitement le comportement humain. Et pourtant, j'ai essayé de résoudre ce problème. Mes connaissances en génie mécanique m'ont permis d'atteindre mon objectif grâce au développement de mécanismes à paramètres complexes. L'un d'eux a été associé à la conception d'un simulateur des muscles moteurs des yeux. Non, ce projet n'était pas nécessaire pour créer l'un des composants du terminateur; c'était une tentative de comprendre et de simuler le comportement de l'œil humain.

Pour ce faire, il a fallu mettre au point un système visuel réalisant la saccademouvements - mouvements rapides et simultanés des deux yeux dans la même direction avec une vitesse maximale de plus de 500 degrés par seconde (oui, les gens sont capables de cela). Le système mécanique, comme les yeux humains, devait fonctionner selon trois axes de rotation indépendants (degrés de liberté, SS). Nos yeux sont capables de se déplacer non seulement vers le haut / bas ou vers la droite / gauche, mais aussi capables de mouvements de torsion. Il était assez difficile de placer toutes les pièces électriques et mécaniques du système, y compris les joints, les connexions et les moteurs, dans un volume donné. Et tout cela était nécessaire pour une seule tâche bien définie.

Cela a été suivi par plusieurs autres robots d'inspiration humaine. Et bien que j'aie atteint mon objectif, mes robots avaient des limites. Par exemple, j'ai développé un bras robotisé avec 8 SS et une brosse avec 7 SS (pesant 3,7 kg ensemble, ce qui est comparable aux mains humaines), et ils se sont avérés être suffisamment flexibles pour prendre et lancer une balle de baseball, mais ils ne sont pas en mesure de lever une pièce. Ils peuvent serrer la main avec suffisamment de puissance, mais ils ne sont pas en mesure de déplacer leur pouce assez rapidement.

En bref, les membres que j'ai créés étaient de portée limitée. Ils possédaient un certain nombre de joints et d'entraînements électriques, ce qui signifie que leur fonctionnalité et leur forme ont été intégrées dans le cadre depuis leur invention. Le bras robotisé avait des articulations motorisées, vous permettant de frapper la balle, mais pas en mesure de cuisiner un locuteur. Cependant, s'il existe un nombre infini de tâches, auront-elles besoin d'un nombre infini de combinaisons de robots?

Le monde des possibilités infinies, comme celui décrit dans le film d'animation «Big Hero 6» (2014), où il y a des microbots, m'a semblé très loin quand j'ai réalisé que nous avions déjà une plateforme flexible et multiforme pour les robots. La méthode consistant à utiliser les mêmes composants de base pour créer des formes différentes et définies existe depuis des siècles. Cela s'appelle l'origami.

Qui n'a pas fabriqué un avion en papier, un bateau en papier ou une grue à partir d'un morceau de papier? Origami est une plateforme existante et multiforme pour les designers. Vous pouvez créer de nombreux formulaires à partir d'une seule feuille, et si vous ne les aimez pas, vous pouvez les développer et recommencer. Les mathématiciens ont même prouvé que vous pouvez obtenir n'importe quelle forme tridimensionnelle en pliant une surface bidimensionnelle.

Cette technologie peut-elle être appliquée à la conception de robots? Imaginez un module robotique qui peut utiliser des polygones pour créer de nombreuses formes différentes, de nombreux robots pour résoudre différents problèmes. De plus, imaginez une «feuille intelligente» qui peut se plier indépendamment dans n'importe quelle forme souhaitée en fonction des besoins de l'environnement.

Le premier robot origami, que j'ai appelé "robots", j'ai fait il y a dix ans. C'était une simple créature - un robot plat qui pouvait se replier en pyramide et se replier en une silhouette plate, puis se replier en vaisseau spatial.

Mes études, dans lesquelles des étudiants diplômés et un postdoctorant m'aident, ont depuis progressé de manière ordonnée, et maintenant une nouvelle génération de robots sort. Il est destiné à des fins spécifiques: par exemple, l'un des robots peut se déplacer de manière autonome sur différentes surfaces. Sur une surface sèche et plate, il se déplace en rampant. S'il rencontre une surface inégale, il roulera, activant les moteurs dans un ordre différent. Face à un obstacle, il peut simplement sauter dessus! Pour ce faire, il emmagasine de l'énergie dans chacune des jambes, puis la jette, catapultant comme un tir d'une fronde.



Les robots savent même comprendre et assembler, selon l'environnement et les tâches. Les robots ne sont pas conçus comme un seul robot pour une tâche spécifique - ils sont conçus et optimisés dès le début pour effectuer diverses tâches.

Et ce n'est qu'un seul robot. Imaginez de quoi plusieurs robots d'un groupe sont capables. Ensemble, ils peuvent résoudre des problèmes plus complexes. Chaque module, en mode actif ou passif, peut être assemblé sous différentes formes. En contrôlant les joints pliants, ils peuvent résoudre divers problèmes dans un environnement changeant. Par exemple, on peut imaginer un espace avec des conditions imprévisibles. Une plateforme robotique qui peut changer pour accomplir diverses tâches peut augmenter les chances de réussite d'une mission.

Un réalignement géométrique radical par des robots est devenu possible grâce à deux avancées scientifiques. L'un d'eux est un processus de production en couches: plusieurs couches fonctionnelles contenant des composants robotiques (microcontrôleurs, capteurs, lecteurs, circuits et même batteries) sont empilées les unes sur les autres. La seconde est la transition dans la conception des joints mécaniques typiques à toute une gamme de joints pliants.

Il s'avère qu'au lieu de se concentrer sur la minimisation de la taille des composants des articulations, nous pouvons réduire le nombre de composants lors du développement du robot. Nous pouvons miniaturiser des systèmes qui contiennent de nombreux composants et nécessitent un processus d'assemblage et d'étalonnage complexe, ce qui les rend plats; ils peuvent être superposés, tout en conservant la précision.

Un tel système est le contrôle tactile, lorsque l'utilisateur et l'ordinateur interagissent via un mécanisme tel qu'un joystick. Il est souvent utilisé dans les robots chirurgicaux lorsque les chirurgiens ont besoin d'une rétroaction de haute précision et haute résolution. Pour ce faire, vous devez organiser une grande salle d'opération avec des bras robotiques, qui ont un grand nombre de degrés de liberté, et permettre aux chirurgiens de ressentir la densité des organes et des cavités à l'aide d'une interface motorisée qui transmet la différence d'effets sur le robot effecteur.

Les robots rendent la technologie tactile plus accessible que jamais. Une telle interface dans le cas des robotsVous pouvez imaginer quelque chose comme un joystick pliable, qui peut être équipé d'une coque pour smartphone. Si vous connectez l'interface tactile au téléphone, elle peut être utilisée comme un joystick portable, applicable dans des tâches quotidiennes telles que les achats ou la formation en ligne. Il vous permettra d'étudier à tâtons divers organes d'une personne par l'atlas anatomique, les caractéristiques géographiques des lieux sur la carte, ou même la densité et la maturité de différents types de fromages ou de fruits.

Les technologies robotiques évoluent vers une plus grande personnalisation et adaptation aux personnes, et ce type unique de robots origami accordables semble très prometteur. Il peut devenir une plate-forme fournissant une interface intuitive et intégrée. Les robots ne ressembleront plus à des personnages de films. Ils nous entoureront, ajustant constamment leur forme et leurs fonctions - et nous ne le remarquerons même pas.

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