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Robot ispirati agli origami per future missioni spaziali

I ricercatori dell'UCLA hanno guidato un team multidisciplinare per creare gli OrigaMech, robot ispirati agli origami, autonomi e senza chip, costruiti con materiali flessibili ed elettricamente conduttivi.

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Vittoria Lugli

Articolo originale: Origami-Inspired Robots Can Sense, Analyze and Act in Challenging Environments
UCLA-led team built chip-free, autonomous OrigaMechs with conductive materials
UCLA Samueli Newsroom

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica simile all'antica arte di piegare la carta per sviluppare macchine autonome a partire da fogli sottili e flessibili. Questi robot leggeri sono più semplici ed economici da realizzare e più compatti per facilitarne lo stoccaggio e il trasporto.

Tuttavia, i chip rigidi per computer, tradizionalmente necessari per abilitare le capacità avanzate dei robot (rilevamento, analisi e risposta all'ambiente), aggiungono peso a questi fogli sottili e li rendono più difficili da piegare. I componenti basati sui semiconduttori devono quindi essere aggiunti dopo che il robot ha preso la sua forma finale.

Ora, un team multidisciplinare guidato dai ricercatori della Samueli School of Engineering dell'UCLA ha creato una nuova tecnica di fabbricazione per robot completamente pieghevoli, in grado di svolgere una serie di compiti complessi senza ricorrere ai semiconduttori. Uno studio che illustra i risultati della ricerca è stato pubblicato su Nature Communications.

La tecnica e i risultati dei robot origami

Incorporando materiali flessibili ed elettricamente conduttivi in un sottile foglio di poliestere pretagliato, i ricercatori hanno creato un sistema di unità di elaborazione delle informazioni, o transistor, che può essere integrato con sensori e attuatori. Hanno quindi programmato il foglio con semplici funzioni analogiche al computer che emulano quelle dei semiconduttori. Una volta tagliato, piegato e assemblato, il foglio si è trasformato in un robot autonomo in grado di percepire, analizzare e agire con precisione in risposta all'ambiente circostante.

I ricercatori hanno chiamato i loro robot "OrigaMechs", abbreviazione di Origami MechanoBots.

"Questo lavoro porta a una nuova classe di robot origami con capacità e livelli di autonomia ampliati, pur mantenendo gli attributi favorevoli associati alla fabbricazione basata sulla piegatura degli origami", ha dichiarato l'autore principale dello studio Wenzhong Yan, dottorando in ingegneria meccanica dell'UCLA.

I primi robot origami

Gli OrigaMech derivano le loro capacità di calcolo da una combinazione di origami con funzione di interruttori meccanici multiplexati creati dalle pieghe e da comandi logici booleani programmati, come "AND", "OR" e "NOT". Gli interruttori hanno reso possibile un meccanismo che emette selettivamente segnali elettrici in base alla pressione e al calore immessi nel sistema.

Utilizzando il nuovo approccio, il team ha costruito tre robot per dimostrare il potenziale del sistema:

Un robot simile a una Venere acchiappamosche che avvolge una "preda" quando entrambi i suoi sensori mascellari rilevano un oggetto.

  • il primo robot che cammina come un insetto e che inverte la direzione quando una delle sue antenne percepisce un ostacolo
  • il secondo robot simile a una trappola di Venere che avvolge una "preda" quando entrambi i sensori della mascella rilevano un oggetto
  • il terzo robot a due ruote riprogrammabile che può muoversi lungo percorsi predefiniti con diversi schemi geometrici

Obiettivi futuri e potenzialità

Durante la dimostrazione i robot erano legati a una fonte di energia. I ricercatori, però, sostengono che l'obiettivo a lungo termine sia di dotare i robot origami autonomi di un sistema di accumulo di energia incorporato alimentato da batterie al litio a film sottile.

Il design senza chip potrebbe portare a robot in grado di lavorare in ambienti estremi. Ambienti come forti campi radiativi o magnetici, luoghi con intensi segnali di radiofrequenza o alte scariche elettrostatiche; luoghi dove l'elettronica tradizionale basata sui semiconduttori potrebbe non funzionare.

"Questi tipi di scenari pericolosi o imprevedibili, come ad esempio durante un disastro naturale o causato dall'uomo, potrebbero essere i casi in cui i robot origami si rivelano particolarmente utili", ha dichiarato il ricercatore principale dello studio Ankur Mehta, professore assistente di ingegneria elettrica e informatica e direttore del Laboratory for Embedded Machines and Ubiquitous Robots dell'UCLA.

"I robot potrebbero essere progettati per funzioni speciali e prodotti su richiesta molto rapidamente", ha aggiunto Mehta. "Inoltre, anche se è molto lontano, su altri pianeti potrebbero esserci ambienti in cui sarebbero molto desiderabili robot esploratori resistenti a questi scenari".

I robot preassemblati costruiti con questa tecnica flessibile di taglio e piegatura potrebbero essere trasportati in imballaggi piatti, con un notevole risparmio di spazio. Questo è importante in scenari come le missioni spaziali, dove ogni centimetro cubo conta. I robot a basso costo, leggeri e semplici da costruire potrebbero anche portare a strumenti educativi innovativi o a nuovi tipi di giochi e giocattoli.

Gli altri autori dello studio sono Mauricio Deguchi, studente dell'UCLA, e Zhaoliang Zheng, laureato dell'UCLA, nonché i robotisti Shuguang Li e Daniela Rus del Massachusetts Institute of Technology.

La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation. Yan e Mehta stanno presentando domanda di brevetto attraverso l'UCLA Technology Development Group.

Robot ispirati agli origami per future missioni spaziali - Ultima modifica: 2023-04-19T16:03:31+02:00 da Vittoria Lugli