微小的馬達可以“行走”來執行任務
2019/07/10371
移動電機可以為機器人組裝復雜結構鋪平道路 - 包括其他機器人。
多年前，麻省理工學院的Neil Gershenfeld教授有一個大膽的想法。由于世界上所有的生物都是用20種氨基酸組合而成的，他想知道：可能有可能創造一個只有20個基本部件的套件，可以用來組裝所有不同的技術產品。世界？
從那以后，Gershenfeld和他的學生一直在這個方向上取得穩步進展。本周在國際機器人大會上展示的最新成果包括一組五個微小的基本部件，可以組裝成各種功能設備，包括一個可以在表面上來回移動的小型“行走”電機或轉動機器的齒輪。
以前，Gershenfeld和他的學生們表明，由許多小的，相同的子單元組裝而成的結構可以具有許多機械性能。接下來，他們證明了剛性和柔性零件類型的組合可用于創建變形飛機機翼，這是航空航天工程的長期目標。他們的最新作品增加了運動和邏輯的組件，并將在Gershenfeld和麻省理工學院研究生Will Langford在芬蘭赫爾辛基舉行的小規模操縱，自動化和機器人國際會議（MARSS）上發表。
他們的工作提供了當今構建機器人的方法的替代方案，這些方法主要分為兩種類型：定制機器運行良好但相對昂貴且不靈活，以及可重新配置的機器人犧牲性能以實現多功能性。在新的方法中，Langford提出了一套五毫米級的組件，所有這些組件都可以通過標準連接器相互連接。這些部件包括以前的剛性和柔性類型，以及電磁部件，線圈和磁鐵。在未來，該團隊計劃從更小的基本部件類型中進行制作。
使用這個簡單的微型零件套件，Langford將它們組裝成一種新型電機，可以分離機械步驟移動附件，可用于轉動齒輪，以及將這些步驟轉變為運動的電機的移動形式，允許它以一種讓人想起移動肌肉的分子馬達的方式“穿過”表面。根據特定任務的需要，這些部件也可以組裝成用于抓握的手或用于行走的腿，然后隨著這些需求的改變而重新組裝。Gershenfeld將它們稱為“數字材料”，可以可逆地連接的離散部件，形成一種功能性的微型樂高積木。
新系統是朝著創建標準化部件套件邁出的重要一步，這些部件可用于組裝具有適合特定任務或任務集的特定功能的機器人。然后可以根據需要以各種形式拆卸和重新組裝這種專用機器人，而無需為每種應用從頭開始設計和制造新機器人。
蘭福德的初始發動機具有類似螞蟻的能力，能夠提升自身重量的七倍。但是如果需要更大的力量，可以添加許多這些部件以提供更多的功能。或者如果機器人需要以更復雜的方式移動，這些部件可以分布在整個結構中。可以選擇構建塊的大小以匹配其應用; 該團隊已經制作了納米尺寸的零件來制作納米機器人和米尺寸的零件來制作megarobots。以前，在這些長度范圍極端的每一個都需要專門的技術。
“一個新興的應用是制造可在狹窄空間內工作的小型機器人，”Gershenfeld說。例如，在該項目中組裝的一些設備小于一分錢但可以執行有用的任務。
為了構建“大腦”，Langford增加了包含毫米級集成電路的部件類型，以及一些其他部件類型，以便在三維空間中連接電信號。
這些結構的簡單性和規則性使得它們的組裝相對容易自動化。為了做到這一點，Langford開發了一種新型機器，就像三維打印機和制造電子電路的貼片機之間的交叉，但不同的是，這一機器可以直接從數字設計生產完整的機器人系統。Gershenfeld表示，這臺機器是該項目最終目標的第一步，即“制造一個可以從裝配部件中裝配出來的裝配工”。
“標準化是微機器人中一個極其重要的問題，它可以降低生產成本，從而提高對這種技術的接受度，使其達到常規工業機器人的水平，”微機器人與控制工程部門負責人Sergej Fatikow表示。在德國奧爾登堡大學，與這項研究無關。這項新工作“解決了從一小組標準構建模塊中組裝復雜的微機器系統的問題，這可能會徹底改變微機器人領域，并在小規模上開辟了大量應用，”他說。
“這項工作改變了我們對結構，驅動和控制一體化的思考方式，”Moog公司的首席技術官George Small說道，該公司是一家領先的機器人執行器制造商，也與這項工作無關。“它為新設計，組裝和重用這些有源結構的方式打開了大門，為我們的客戶提供創新的解決方案，”他說。
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