Каждый, кто хоть раз смотрел видео с дронами или эпизоды BattleBots ("Битвы роботов"), знает, что абсолютно любое даже самое прочное устройство можно сломать, например, при неудачном приземлении. И часто у высокотехнологичных устройств нет надлежащей "брони", чтобы защитить себя. Одна из причин: в робототехнике большую роль играет вес, "латы" может себе позволить далеко не каждый робот.
Недавно исследователи из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института представили новый метод 3D-печати мягких материалов, который сделает роботов более безопасными. Новая технология может быть использована для увеличения срока службы дронов, смартфонов, шлемов и многого другого.
Разберёмся, что собой представляет новая технология. Разработанный метод "программируемых вязкоупругих материалов" (PVM) позволяет пользователям "программировать" каждую часть объекта, который впоследствии будет напечатан на 3D-принтере. Человек сможет таким образом получить тот уровень жёсткости и упругости, который пожелает, — всё будет зависеть от поставленных задач.
Например, напечатанный на 3D-принтере робот-куб мог двигаться с помощью серии прыжков. Исследователи снарядили его "амортизирующей кожей", напечатанной по новой технологии.
По словам Даниэлы Рус (Daniela Rus), директора CSAIL, такое новшество предотвращает от повреждений само устройство и его отдельные компоненты, когда робот ударяется об пол.
"Новая технология позволяет нам создавать материалы для роботов с вязко-эластичными свойствами. Необходимые параметры могут быть введены пользователем во время печати", — говорит она. Предполагается, что подобные амортизирующие системы продлят срок службы беспилотных аппаратов.
Отмечается, что мягкие материалы благодаря своим свойствам могут защитить робота от падений и столкновений, но также они смогут защитить и людей. Например, когда человек будет работать совместно с роботом – такие случаи уже не назовёшь редкими
Если немного отойти от темы, то можно сказать, что мягкие материалы также позволяют создавать полностью мягких роботов, которые прекрасно подражают животным.
На сегодняшний день самыми распространёнными материалами для создания амортизаторов являются резина и пластик из-за своих вязкоупругих свойств.
Между тем есть важная проблема – размеры или конкретные параметры материала устанавливают сами производители. И если инженерам необходимы другие параметры, то нужно их заказывать отдельно, а это достаточно дорогое удовольствие.
Специалисты CSAIL считают, что решением может стать использование трёхмерной печати и их новой технологии, позволяющей "программировать" материал каждой отдельной части объекта под конкретные цели.
"Трудно "настроить" мягкие объекты, используя существующие методы производства. А вот трёхмерная печать открывает в этом плане больше возможностей и позволяет нам задать вопрос: можем ли мы сделать предметы, которые не могли создавать прежде?", — рассуждает Ход Липсон (Hod Lipson), профессор инженерии в Колумбийском университете и соавтор работы.
Учёные использовали обыкновенный 3D-принтер, а также твёрдый, жидкий и гибкий (подобный резине) материал TangoBlack+, чтобы напечатать и куб, и его "кожу". Метод "программируемых вязкоупругих материалов" был ранее разработан командой Рус, он использует струйную печать, вносящую капельки различного материала слой за слоем, а затем материалы затвердевают под действием ультрафиолета
Робот-куб включал в себя жёсткий корпус, два двигателя, микроконтроллер, аккумулятор и блок инерционных датчиков. Четыре слоя петлеобразных металлических пружин приводят куб в движение.
"Объединив несколько материалов, мы получили свойства, которые ранее нельзя было получить для одного базового материал. Результат выходит за границы прежних возможностей", — говорит Липсон.
Рус считает, что материалы PVM также могут быть использованы для усовершенствования предметов, включая такие обыденные вещи как кроссовки или шлемы.
"Возможность программирования различных участков объекта важна, например, для создания шлемов. Можно сконструировать его таким образом, чтобы часть его была сделана из тех материалов, которые удобны для головы человека, а другая – из амортизирующих материалов. Последние лучше защитят человека при столкновении", — заключает другой авторы работы Роберт Маккерди (Robert MacCurdy).
Результаты исследования (PDF-документ) будут представлены на Международной конференции по интеллектуальным роботам и системам (IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems), которая проходит с 9 по 14 октября в Корее.
