Robot yang terinspirasi Origami dapat merasakan, menganalisis, dan bertindak di lingkungan yang menantang

Robotika telah mengembangkan mesin otonom dari lembaran tipis dan fleksibel menggunakan teknik yang mirip dengan seni kuno melipat kertas. Robot ringan ini lebih mudah dan lebih murah untuk diproduksi dan kompak untuk penyimpanan dan transportasi yang mudah.

Namun, chip komputer yang kaku secara tradisional diperlukan untuk memungkinkan kemampuan robot canggih (penginderaan lingkungan, analisis, dan respons) menambah bobot ekstra pada lembaran tipis material, membuatnya sulit dilipat. . Oleh karena itu, komponen berbasis semikonduktor harus ditambahkan setelah robot dalam bentuk akhirnya.

Sekarang, tim multidisiplin yang dipimpin oleh para peneliti di Sekolah Teknik Samueli UCLA telah menciptakan teknik fabrikasi baru untuk robot yang dapat dilipat sepenuhnya yang dapat melakukan berbagai tugas rumit tanpa bergantung pada semikonduktor. Sebuah studi yang merinci temuan tersebut dipublikasikan di Nature Communications.

Dengan menyematkan bahan konduktif listrik yang fleksibel ke dalam lembaran tipis film poliester, para peneliti menciptakan sistem unit pemrosesan informasi atau transistor yang dapat diintegrasikan dengan sensor dan aktuator. Kami kemudian memprogram lembar tersebut dengan fungsi analog dari komputer sederhana yang meniru fungsi semikonduktor. Setelah dipotong, dilipat, dan dipasang, lembaran tersebut diubah menjadi robot otonom yang dapat secara akurat merasakan, menganalisis, dan merespons lingkungannya. Para peneliti menamai robot mereka "OrigaMechs", kependekan dari Origami MechanoBots.

Kredit: Komunikasi Alam (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37158-9

"Pekerjaan ini akan mengarah pada kelas baru robot origami dengan kemampuan dan tingkat otonomi yang ditingkatkan sambil mempertahankan atribut menguntungkan yang terkait dengan manufaktur berbasis lipat origami," kata seorang Ph.D. UCLA di bidang teknik mesin Wenzhong Yan, seorang kursus mahasiswa dan penulis utama studi tersebut, mengatakan:

OrigaMechs memperoleh fungsi komputasinya dari kombinasi sakelar multipleks origami mekanis yang dibuat dengan melipat dan memprogram perintah logika Boolean seperti "AND", "OR", "NOT". Sakelar mengaktifkan mekanisme untuk mengeluarkan sinyal listrik secara selektif berdasarkan input tekanan dan panas variabel ke sistem.

Menggunakan pendekatan baru, tim membuat tiga robot untuk mendemonstrasikan potensi sistem.

Robot berjalan mirip serangga yang berbalik arah saat salah satu antena merasakan adanya penghalang

Robot mirip penangkap lalat Venus yang membungkus "mangsanya" ketika kedua sensor rahang mendeteksi suatu objek

Robot roda dua yang dapat diprogram ulang yang dapat bergerak di sepanjang jalur yang telah dirancang sebelumnya dari berbagai pola geometris

Robot mirip penangkap lalat Venus yang membungkus "mangsanya" ketika kedua sensor rahang mendeteksi suatu objek. Kredit: Samuel UCLA

Sementara robot itu ditambatkan ke sumber daya untuk tujuan demonstrasi, para peneliti mengatakan tujuan jangka panjangnya adalah untuk melengkapi robot origami otonom dengan sistem penyimpanan energi built-in yang ditenagai oleh baterai lithium film tipis.

Desain tanpa chip dapat menghasilkan robot yang dapat beroperasi di lingkungan ekstrem di mana elektronik berbasis semikonduktor tradisional mungkin tidak berfungsi (di mana terdapat radiasi atau medan magnet yang kuat, dan sinyal frekuensi radio yang kuat atau pelepasan muatan elektrostatis yang tinggi).

“Robot Origami dapat terbukti sangat berguna dalam skenario berbahaya dan tak terduga, seperti bencana alam dan buatan manusia,” kata Institute for Embedded Machinery and Ubiquitous Robotics UCLA.

“Robot dapat dirancang untuk fungsi khusus dan diproduksi sesuai permintaan dengan sangat cepat,” tambah Mehta. "Juga, ini masih sangat jauh, tapi mungkin saja planet lain memiliki lingkungan di mana robot eksplorasi yang kebal terhadap skenario tersebut akan sangat diinginkan."

Dibangun dengan teknologi potong-dan-lipat yang fleksibel ini, robot yang telah dirakit sebelumnya dapat diangkut dalam paket datar, menghemat banyak ruang. Ini penting dalam skenario seperti misi luar angkasa di mana setiap sentimeter kubik penting. Robot berbiaya rendah, ringan, dan mudah dibuat juga dapat menghasilkan alat pendidikan yang inovatif serta jenis mainan dan permainan baru.

Penulis lain dalam penelitian ini adalah sarjana UCLA Mauricio Deguchi dan mahasiswa pascasarjana Zhaoliang Zheng, dan ahli robotik Shuguang Li dan Daniela Rus dari Massachusetts Institute of Technology.