Robogami - descendentes reais de terminadores e transformadores

Pergunte a alguém o que lhe vem à cabeça quando eles dizem "robô" e você provavelmente obterá respostas com base na cultura pop. Por exemplo, o T-1000 feito de metal líquido, capaz de mudar de forma, a partir do filme Terminator 2: Judgement Day (1991); ou Optimus Prime, o líder dos Autobots, o personagem principal da franquia Transformers (2007-). Quem pode esquecer Data da série Star Trek: The New Generation (1987-94), a versão cibernética de Pinóquio, que se esforça para se tornar mais humana?

Estes, e inúmeros outros exemplos, contêm alguns humanóides. Quando o Optimus não está na forma de um caminhão, ele tem pernas e braços. Por padrão, o T-1000 tem uma forma humana. Os dados foram modelados à imagem de seu criador humano. De acordo com os padrões de Hollywood, a versão final das tecnologias robóticas não pode ser distinguida externamente das próprias pessoas.

E se nossa imaginação não é limitada por nada, os problemas tecnológicos ainda não nos permitem criar na realidade robôs que imitam perfeitamente o comportamento humano. E, no entanto, tentei resolver esse problema. Meu conhecimento em engenharia mecânica me permitiu alcançar meu objetivo através do desenvolvimento de mecanismos com parâmetros complexos. Um deles foi associado ao desenho de um simulador dos músculos motores dos olhos. Não, este projeto não foi necessário para criar um dos componentes do terminador; foi uma tentativa de entender e simular o comportamento do olho humano.

Para isso, foi necessário criar um sistema visual que realizasse sacadamovimentos - movimentos rápidos e simultâneos de ambos os olhos na mesma direção, com uma velocidade máxima de mais de 500 graus por segundo (sim, as pessoas são capazes disso). O sistema mecânico, como os olhos humanos, teve que trabalhar ao longo de três eixos de rotação independentes (graus de liberdade, SS). Nossos olhos são capazes de se mover não apenas para cima / baixo ou direita / esquerda, mas também são capazes de torcer movimentos. Era bastante difícil colocar todas as partes elétricas e mecânicas do sistema, incluindo juntas, conexões e motores, em um determinado volume. E tudo isso foi necessário para apenas uma tarefa bem definida.

Isso foi seguido por vários outros robôs de inspiração humana. E embora eu tenha atingido meu objetivo, meus robôs tinham limitações. Por exemplo, desenvolvi um braço robótico com 8 SS e um pincel com 7 SS (pesando 3,7 kg juntos, o que é comparável às mãos humanas), e eles se mostraram flexíveis o suficiente para pegar e jogar uma bola de beisebol, mas não conseguem levantar uma moeda. Eles podem apertar as mãos com força suficiente, mas não conseguem mover o polegar rápido o suficiente.

Em resumo, os membros que eu criei tinham um escopo limitado. Eles tinham um certo número de juntas e unidades de potência, o que significa que sua funcionalidade e forma foram inseridas na estrutura desde a invenção. O braço robótico tinha articulações motorizadas, permitindo que você batesse na bola, mas não era capaz de cozinhar um falador. No entanto, se houver um número infinito de tarefas, elas exigirão um número infinito de combinações de robôs?

O mundo de infinitas possibilidades, como o descrito no filme de animação “Big Hero 6” (2014), onde existem micróbios, me pareceu muito distante quando percebi que já possuímos uma plataforma flexível e multifacetada para robôs. O método de usar os mesmos componentes básicos para criar formas diferentes e definidas existe há séculos. É chamado de origami.

Quem não fez um avião de papel, um barquinho de papel ou um guindaste de um pedaço de papel? Origami é uma plataforma existente e multifacetada para designers. Você pode criar muitos formulários a partir de uma planilha e, se não gostar, pode expandi-lo e iniciar novamente. Os matemáticos até provaram que você pode obter qualquer forma tridimensional dobrando uma superfície bidimensional.

Essa tecnologia pode ser aplicada ao design de robôs? Imagine um módulo robótico que pode usar polígonos para criar muitas formas diferentes, muitos robôs para resolver problemas diferentes. Além disso, imagine uma “folha inteligente” que possa dobrar independentemente em qualquer formato desejado, dependendo das necessidades do ambiente.

O primeiro robô de origami, que chamei de "robôs", fiz dez anos atrás. Era uma criatura simples - um robô plano que poderia dobrar em uma pirâmide e dobrar de volta em uma figura plana e depois dobrar em uma nave espacial.

Meus estudos, nos quais estudantes de pós-graduação e um pós-doutorado me ajudam, progrediram de maneira ordenada, e agora uma nova geração de robôs está sendo lançada. Ele é destinado a fins específicos: por exemplo, um dos robôs pode se mover autonomamente em várias superfícies. Em uma superfície seca e plana, ele se move rastejando. Se ele encontrar uma superfície irregular, ele irá rolar, ativando os motores em uma sequência diferente. Diante de um obstáculo, ele pode simplesmente pular sobre ele! Para fazer isso, ele armazena energia em cada uma das pernas e a joga fora, catapultando como um tiro de uma tipóia.



Os robôs sabem até entender e montar, dependendo do ambiente e das tarefas. Os robôs não são concebidos como um robô para uma tarefa específica - eles são projetados e otimizados desde o início para executar várias tarefas.

E este é apenas um robô. Imagine do que vários robôs de um grupo são capazes. Juntos, eles podem resolver problemas mais complexos. Cada módulo, no modo ativo ou passivo, pode ser montado de várias formas. Ao controlar as juntas dobráveis, eles podem resolver vários problemas em um ambiente em mudança. Por exemplo, pode-se imaginar o espaço com condições imprevisíveis. Uma plataforma robótica que pode mudar para concluir várias tarefas pode aumentar a probabilidade de uma missão bem-sucedida.

Um realinhamento geométrico radical por robôs se tornou possível graças a dois avanços científicos. Um deles é um processo de produção em camadas: várias camadas funcionais que contêm componentes robóticos (microcontroladores, sensores, drives, circuitos e até baterias) são empilhadas umas sobre as outras. O segundo é a transição no design, das juntas mecânicas típicas para toda uma gama de juntas dobráveis.

Acontece que, em vez de nos concentrarmos em minimizar o tamanho dos componentes das juntas, podemos reduzir o número de componentes durante o desenvolvimento do robô. Podemos miniaturizar sistemas que contêm muitos componentes e requerem um processo complexo de montagem e calibração, tornando-os planos; eles podem ser sobrepostos, mantendo a precisão.

Um desses sistemas é o controle tátil, quando o usuário e o computador interagem através de um mecanismo como um joystick. É frequentemente usado em robôs cirúrgicos quando os cirurgiões exigem alta precisão e feedback de alta resolução. Para fazer isso, é necessário organizar uma grande sala de operações com braços robóticos com um grande número de graus de liberdade e permitir que os cirurgiões sintam a densidade de órgãos e cavidades usando uma interface motorizada que transmita a diferença de efeitos no efetor do robô.

Os robogs tornam a tecnologia tátil mais acessível do que nunca. Essa interface no caso de robôsVocê pode imaginar algo como um joystick dobrável, que pode ser equipado com uma capa para smartphone. Se você conectar a interface tátil ao telefone, ela poderá ser usada como um joystick portátil, aplicável em tarefas diárias como compras ou treinamento on-line. Isso permitirá que você estude taticamente vários órgãos de uma pessoa pelo atlas anatômico, pelas características geográficas dos lugares no mapa ou até pela densidade e maturidade de diferentes tipos de queijos ou frutas.

As tecnologias robóticas estão se movendo em direção a uma maior personalização e adaptação às pessoas, e esse tipo único de robô de origami ajustável parece muito promissor. Pode se tornar uma plataforma que fornece uma interface intuitiva e incorporada. Os robôs não serão mais parecidos com personagens de filmes. Eles nos cercarão, constantemente ajustando sua forma e funções - e nem perceberemos.

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