توسعه رباتی هوشمند با الهام از اوریگامی

مهندسان حوزه رباتیک از تکنیکی مشابه هنر باستانی تاکردن کاغذ برای توسعه ماشین‌های مستقل متشکل از ورقه‌های نازک و انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند. ساخت این ربات‌های سبک وزن، ساده‌تر و ارزان‌تر است.

با این حال، تراشه‌های کامپیوتری سفت و سخت که به طور سنتی برای فعال کردن قابلیت‌های پیشرفته ربات‌ها (حس کردن، تجزیه و تحلیل و واکنش به محیط) مورد نیاز بودند، وزن بیشتری به این مواد ورقه‌ای نازک اضافه می‌کردند و این امر تاکردن آن‌ها را سخت‌تر می‌کرد؛ بنابراین اجزای نیمه هادی باید پس از اینکه ربات شکل نهایی خود را به دست آورد، اضافه شوند.

اکنون، یک گروه از محققان دانشکده مهندسی دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس، یک تکنیک ساخت جدید برای ربات‌های کاملاً تاشو ایجاد کرده‌اند که می‌توانند انواع مختلفی از وظایف پیچیده را بدون تکیه بر اجزای نیمه‌هادی انجام دهند.

محققان با جاسازی مواد منعطف و رسانای الکتریکی در یک صفحه پلی استر نازک از پیش برش خورده، سیستمی از واحد‌های پردازش اطلاعات یا ترانزیستور‌ها را ایجاد کردند که می‌تواند با حسگر‌ها و محرک‌ها ادغام شود. آن‌ها سپس آن صفحه را با توابع قیاسی ساده کامپیوتری برنامه‌ریزی کردند که عملکرد‌های نیمه هادی‌ها را شبیه‌سازی می‌کند. پس از برش و تا و مونتاژ، آن صفحه ورقه‌ای به یک ربات مستقل تبدیل می‌شود که می‌تواند با دقت اطراف را حس و تجزیه و تحلیل کرده و در پاسخ به محیط خود عمل کند. محققان نام ربات خود را «OrigaMechs» گذاشتند که مخفف عبارت «Origami MechanoBots» است.

«ونژونگ یان» (Wenzhong Yan) سرپرست این مطالعه و دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک این دانشگاه گفت: این کار به ایجاد گروه جدیدی از ربات‌های اوریگامی با قابلیت‌ها و سطوح خودمختاری گسترده‌تر منجر می‌شود و در عین حال ویژگی‌های مطلوب مرتبط با ساخت مبتنی بر اوریگامی را حفظ می‌کند.

OrigaMechs قابلیت‌های محاسباتی خود را از ترکیب سوئیچ‌های هم‌تافته اوریگامی مکانیکی ایجاد شده توسط تا شدن و دستورات منطقی بولی برنامه‌ریزی‌شده، مانند «AND»، «OR» و «NOT» به دست آوردند. این سوئیچ‌ها مکانیزمی را فعال می‌کنند که سیگنال‌های الکتریکی را بر اساس فشار متغیر و گرمای ورودی به سیستم به صورت انتخابی صادر می‌کند.

هم‌تافتن یا تسهیم‌سازی (به انگلیسی: Multiplex) را در مخابرات و شبکه‌های رایانه‌ای به فرآیندی می‌گویند که در آن چندین پیام آنالوگ یا رشته داده دیجیتال در قالب یک نشانک بر روی یک خط مشترک ترکیب می‌شوند. هدف فرآیند استفاده مشترک از منبع‌های پرهزینه است. برای مثال، در مخابرات گاهی اطلاعات چندین خط تلفن را با یک خط سیم می‌فرستند.

با استفاده از رویکرد جدید، محققان سه ربات برای نشان دادن پتانسیل این سیستم ساخت:

یک ربات حشره‌مانند با قابلیت راه رفتن که وقتی یکی از آنتن‌هایش مانعی را تشخیص می‌دهد جهت حرکتش را برعکس می‌کند.
یک ربات مانند ونوس مگس‌خوار که وقتی هر دو حسگر فک آن یک شی را تشخیص می‌دهند، طعمه را در بر می‌گیرد.
یک ربات دو چرخ قابل برنامه‌ریزی مجدد که می‌تواند در مسیر‌های از پیش طراحی شده با الگو‌های هندسی مختلف حرکت کند.
در حالی که ربات‌ها برای نمایش به یک منبع انرژی متصل بودند، محققان گفتند که هدف بلندمدت آن‌ها تجهیز ربات‌های اوریگامی مستقل به یک سیستم ذخیره انرژی تعبیه‌شده با باتری‌های لیتیومی لایه نازک است.

طراحی بدون تراشه ممکن است به ایجاد ربات‌هایی منجر شود که قادر به کار در محیط‌های شدید میدان‌های تابشی یا مغناطیسی قوی و مکان‌هایی با سیگنال‌های فرکانس رادیویی شدید یا تخلیه‌های الکترواستاتیکی بالا هستند که در آن‌ها ممکن است وسایل الکترونیکی مبتنی بر نیمه‌رسانای سنتی کار نکنند.

«آنکور مِهتا» (Ankur Mehta) محقق اصلی این مطالعه، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر و مدیر آزمایشگاه این دانشگاه، گفت: ربات‌ها را می‌توان برای کارکرد‌های تخصصی طراحی کرد و در صورت تقاضا بسیار سریع تولید کرد. همچنین در حالی که راه بسیار دور است، اما ممکن است محیط‌هایی در سیارات دیگر وجود داشته باشد که در آنجا ارسال ربات‌های کاوشگر برای کاوش بسیار مطلوب باشد. ربات‌های از پیش مونتاژ شده و ساخته شده با این تکنیک می‌توانند در یک بسته‌بندی مسطح برای صرفه جویی گسترده در فضا و مکان حمل شوند. این در سناریو‌هایی مانند ماموریت‌های فضایی که هر سانتی‌متر مکعب حیاتی است، مهم است. ربات‌های کم‌هزینه، سبک و ساده می‌توانند به ابزار‌های آموزشی نوآورانه یا انواع جدیدی از اسباب‌بازی‌ها و بازی‌ها منجر شوند.

یافته‌های این مطالعه در مجله «Nature Communications» منتشر شد.