MỸ – Các kỹ sư tại đại học Northwestern đã phát triển một thiết bị mềm, linh hoạt mới giúp robot di chuyển bằng cách giãn nở và co lại, giống như cơ bắp của con người.
Để chứng minh thiết bị mới của họ, được gọi là thiết bị truyền động, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để tạo ra một robot mềm hình trụ giống như con sâu và một bắp tay nhân tạo. Trong các thí nghiệm, robot mềm hình trụ đã điều hướng theo các đường cong của đường ống và bắp tay nhân tạo có thể nâng một vật nặng 500 gram liên tiếp 5.000 lần mà chưa bị hỏng.
Vì các nhà nghiên cứu đã in 3D phần thân của bộ truyền động mềm bằng cao su thông thường, nên chi phí vật liệu cho robot khoảng 3 đô la, không bao gồm động cơ nhỏ điều khiển bộ truyền động thay đổi hình dạng. Điều đó trái ngược hoàn toàn với các bộ truyền động thông thường được sử dụng trong robot, thường có giá từ hàng trăm đến hàng nghìn đô la.
Các nhà nghiên cứu cho biết bộ truyền động mới có thể được sử dụng để phát triển các robot mềm, linh hoạt, giá thành thấp, an toàn hơn và thiết thực hơn cho các ứng dụng.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Advanced Intelligent Systems.
Ông Ryan Truby tại đại học Northwestern, người đứng đầu nhóm nghiên cứu nói rằng: “Các nhà chế tạo robot luôn mang một mục tiêu lâu dài là làm cho robot trở nên an toàn hơn. Nếu một robot mềm khi va vào con người, nó sẽ không gây ảnh hưởng so với một robot cứng. Bộ truyền động của chúng tôi có thể được sử dụng trong các robot hoạt động tại các khu vực cần bảo đảm sự an toàn cho con người. Và vì chúng có chi phí sản xuất thấp, chúng tôi có thể sử dụng nhiều hơn so với những thiết bị trước đây”.
Ông Ryan Truby là Trợ lý Giáo sư khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu và Kỹ thuật Cơ khí June và Donald Brewer tại trường McCormick School of Engineering thuộc đại học Northwestern, nơi ông phụ trách phòng thí nghiệm Robotic Matter Lab. Ông Taekyoung Kim, một học giả sau tiến sĩ cùng nhóm nghiên cứu của ông Ryan Truby và là tác giả đầu tiên của bài báo, đã dẫn đầu nghiên cứu. Ông Pranav Kaarthik, một ứng viên tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí, cũng đã đóng góp vào công trình này.
Robot ‘hành xử và di chuyển như một sinh vật sống’ Trong khi bộ truyền động cứng từ lâu đã là nền tảng của thiết kế robot, tính linh hoạt, khả năng thích ứng và an toàn hạn chế của chúng đã thúc đẩy các nhà chế tạo robot khám phá bộ truyền động mềm như một giải pháp thay thế. Để thiết kế bộ truyền động mềm, ông Ryan Truby và nhóm nghiên cứu đã lấy ý tưởng từ cơ bắp của con người, co và cứng lại cùng một lúc.
Ông Ryan Truby đã tự hỏi: “Làm sao để tạo ra vật liệu có thể di chuyển như một sinh vật có cơ bắp? Nếu làm được điều đó, thì chúng ta có thể tạo ra những con robot có thể hoạt động và di chuyển như những sinh vật sống.”
Để phát triển bộ truyền động mới, nhóm đã in 3D các cấu trúc hình trụ được gọi là “handy shearing auxetics” (HSA) từ cao su. Khó chế tạo, thiết bị HSA có một cấu trúc phức tạp cho phép chuyển động và mang tính năng độc đáo. Ví dụ, khi bị xoắn, thiết bị HSA sẽ mở rộng và giãn ra. Mặc dù ông Ryan Truby và ông Pranav Kaarthik đã in 3D các cấu trúc HSA tương tự cho robot thông thường, nhưng họ buộc phải sử dụng máy in đắt tiền và nhựa cứng. Do đó, các HSA trước đây của họ không thể uốn cong hoặc biến dạng một cách dễ dàng.
Ông Taekyoung Kim chia sẻ: “Để làm được điều này, chúng tôi cần tìm cách làm cho thiết bị HSA mềm hơn và bền hơn. Chúng tôi đã tìm ra cách chế tạo thiết bị HSA mềm nhưng chắc chắn từ cao su, bằng máy in 3D để bàn với chi phí thấp hơn và dễ tìm mua hơn”.
Ông Taekyoung Kim đã in 3D thiết bị HSA từ polyurethane nhiệt dẻo, một loại cao su thông dụng thường được dùng để chế tạo ốp lưng điện thoại di động. Mặc dù điều này khiến cho thiết bị HSA mềm hơn và linh hoạt hơn nhiều, nhưng vẫn còn một vấn đề: Làm thế nào để xoắn thiết bị HSA để chúng có thể kéo dài và nở ra?
Các phiên bản trước của bộ truyền động mềm HSA sử dụng động cơ servo thông thường để xoắn vật liệu thành trạng thái mở rộng và trạng thái giãn nở. Nhưng các nhà nghiên cứu chỉ đạt được khả năng truyền động thành công sau khi lắp ráp hai hoặc bốn thiết bị HSA với nhau, mỗi thiết bị HSA đều có động cơ riêng. Việc chế tạo bộ truyền động mềm theo cách này đặt ra những vấn đề về chế tạo và vận hành. Nó cũng làm giảm độ mềm của bộ truyền động HSA.
Để tạo ra một bộ truyền động mềm cải tiến, các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu thiết kế một thiết bị HSA duy nhất được điều khiển bởi một động cơ servo. Nhưng trước tiên, nhóm nghiên cứu cần tìm cách để một động cơ duy nhất có thể xoắn một HSA duy nhất.
Bộ truyền động đơn có thể kéo dài và uốn cong
Đơn giản hóa thiết bị Để giải quyết vấn đề này, ông Taekyoung Kim đã thêm một ống cao su mềm có thể kéo dài, vào cấu trúc hoạt động giống như một trục quay có thể biến dạng. Khi động cơ cung cấp mô-men xoắn – một lực khiến vật thể quay – bộ truyền động được kéo dài. Chỉ cần xoay động cơ theo một hướng hoặc hướng khác sẽ khiến bộ truyền động kéo dài hoặc co lại.
Ông Ryan Truby chia sẻ: “Về cơ bản, ông Taekyoung Kim đã thiết kế hai bộ phận cao su để tạo ra các chuyển động giống như cơ bắp khi động cơ quay. Trong khi ngành công nghiệp hiện tại đã tạo ra các bộ truyền động mềm theo những cách phức tạp hơn, ông Taekyoung Kim đã đơn giản hóa toàn bộ quy trình bằng cách in 3D. Bây giờ, chúng tôi có một bộ truyền động mềm mà bất kỳ người chế tạo robot nào cũng có thể sử dụng và chế tạo được.”
Các ống thổi (1) đã hỗ trợ cho ông Taekyoung Kim trong việc chế tạo một robot mềm có khả năng bò, từ một bộ truyền động duy nhất. Các chuyển động đẩy và kéo của bộ truyền động đẩy robot về phía trước qua một ống hẹp quanh co. (1) Ống thổi: là một thiết bị dùng để cung cấp luồng không khí mạnh.
Ông Taekyoung Kim nói rằng: “Robot của chúng tôi có thể thực hiện chuyển động mở rộng này bằng một cấu trúc duy nhất. Điều đó làm cho bộ truyền động của chúng tôi hữu ích hơn, vì nó có thể tích hợp vào tất cả các hệ thống robot”.
Mảnh ghép còn thiếu: sự cứng cơ Robot giống con sâu thu ngắn được, có kích thước nhỏ gọn (chỉ dài 26 cm) và có thể bò – cả về phía sau và phía trước – với tốc độ hơn 32 cm/ phút. Ông Ryan Truby cho biết, cả robot và bắp tay nhân tạo trở nên cứng hơn khi bộ truyền động được mở rộng hoàn toàn. Đây là một đặc tính khác mà các robot mềm trước đây không thể đạt được.
Ông Ryan Truby nói rằng: “Giống như cơ bắp, các bộ truyền động mềm này thực sự cứng lại. Ví dụ, khi vặn nắp lọ, cơ bắp của chúng ta sẽ căng ra và cứng hơn để truyền lực. Đó là cách cơ bắp giúp cơ thể con người hoạt động. Đây là một tính năng bị bỏ qua trong robot mềm. Nhiều bộ truyền động mềm trở nên mềm hơn khi sử dụng, nhưng bộ truyền động linh hoạt của chúng tôi trở nên cứng hơn khi chúng hoạt động”.
Ông Ryan Truby và ông Taekyoung Kim cho biết bộ truyền động mới của họ là một bước tiến nữa hướng tới những robot lấy cảm hứng từ sinh học.
Ông Ryan Truby nói tiếp: “Những robot có thể di chuyển như sinh vật sống, sẽ cho chúng ta ý tưởng về những robot có thể thực hiện các nhiệm vụ mà robot thông thường không thể làm được”.
Để xem các tin bài khác về “Robot”, vui lòng nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
Lưu ý: Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau: 1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video) 2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn 3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề. 4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net
