Ρομπότ-«οριγκάμι». Self-folding origami structure with TSMA actuator

Τα καινοτόμα αναδιπλούμενα μικροσυστήματα δεν διαθέτουν μπαταρία, γεγονός που τους χαρίζει «ανύπαρκτη» σιλουέτα και τους επιτρέπει να διπλώνουν σαν χαρτί.

Η παραδοσιακή ιαπωνική τέχνη του οριγκάμι, όπου ένα απλό κομμάτι χαρτί λαμβάνει τρισδιάστατη δομή μέσω του ειδικού διπλώματός του, ενέπνευσε αμερικανούς επιστήμονες ρομποτικής από το Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ. Εφαρμόζοντας την εν λόγω τεχνική, οι ειδικοί κατάφεραν να δημιουργήσουν μια νέα γενιά ρομπότ, τα οποία υπερπηδούν τα εμπόδια των ευαίσθητων και περίπλοκων καλωδιώσεων και της ογκώδους μπαταρίας, τα οποία αναδιπλώνονται σαν... χαρτί!

Συγκεκριμένα, η ομάδα των ερευνητών του Ινστιτούτου Εμβιομηχανικής Wyss ανέπτυξε αναδιπλούμενα ρομπότ τα οποία λειτουργούν άνευ μπαταρίας, λαμβάνουν ενέργεια εξ αποστάσεως ασύρματα και είναι ικανά να πραγματοποιούν περίπλοκες επαναλαμβανόμενες κινήσεις χωρίς τεχνικούς περιορισμούς, μέσω ενός μαγνητικού πεδίου.

«Όπως ακριβώς συμβαίνει με τα οριγκάμι, έτσι και τα ρομπότ που σχεδιάσαμε βασίζονται στην απλότητα» εξηγεί ο δρ Γιε-Σουνγκ Κο, ένας εκ των συγγραφέων της μελέτης, ο οποίος ολοκλήρωσε το μεταδιδακτορικό του στο Wyss και πλέον είναι επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Ajou, στη Νότια Κορέα. «Το νέο μας σύστημα απαιτεί μόνο τα βασικά, παθητικά ηλεκτρονικά μέρη προκειμένου να παρέχει την απαραίτητη ενέργεια στο ρομπότ - η δομή του ρομπότ από μόνη της έχει σχεδιαστεί ώστε να του προσφέρει ό,τι ακριβώς χρειάζεται».

Ξεδιπλώνοντας το... ρομπότ

A shape memory alloy (SMA) coil spring actuator is fabricated by annealing an SMA wire wound on a rod. Four design parameters are needed for the winding: the wire diameter, the rod diameter, the pitch angle, and the number of active coils. These parameters determine the force and stroke produced by the actuator. The research goal is to establish an engineering design framework to select these parameters on the basis of a desired force and stoke.

Όπως εξηγούν οι επιστήμονες με δημοσίευσή τους στο επιστημονικό έντυπο «Science Robotics», το μυστικό των νέων ρομπότ-«οριγκάμι» κρύβεται σε ένα ειδικό κράμα με μνήμη σχήματος (shape-memory alloy - SMA), το οποίο τους επιτρέπει να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα όταν αγγίξουν μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Κάτι τέτοιο σημαίνει ότι όταν τα ρομπότ είναι επίπεδα, βρίσκονται στην «ξεχειλωμένη» τους κατάσταση. Η επαναφορά στην αρχική τους κατάσταση γίνεται με τη βοήθεια ηλεκτρικού φορτίου η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία στα κυκλώματα και στα πηνία τους. Όταν πάλι κρυώσουν, «ανοίγουν» και γίνονται και πάλι επίπεδα.

Κατά τους ειδικούς, η ενέργεια που δημιουργεί το ηλεκτρικό φορτίο και βοηθά τα ρομπότ να κινούνται, μεταφέρεται ασύρματα μέσω της ίδιας τεχνολογίας που χρησιμοποιούν οι ασύρματοι φορτιστές smartphones ή άλλων μικρών ηλεκτρονικών συσκευών. «Πέραν του ότι τα νέα ρομπότ μπορούν να πραγματοποιήσουν επαναλαμβανόμενες κινήσεις αναδίπλωσης, μας επιτρέπουν να έχουμε τον έλεγχο του πότε και πού θα συμβεί κάτι τέτοιο, γεγονός που σημαίνει ότι είναι ικανά για την εκτέλεση πιο περίπλοκων κινήσεων» αναφέρει ο ερευνητής Μουσταφά Μποϊβάτ.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι το καινοτόμο αναδιπλούμενο σύστημά τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε πάρα πολλούς τομείς. Όπως για παράδειγμα στην Ιατρική, όπου θα μπορούσε να αντικαταστήσει το άβολο ενδοσκόπιο. Ο ασθενής θα καταπίνει ένα μικροσκοπικό ρομπότ το οποίο στη συνέχεια θα αναδιπλώνεται και θα τον εξετάζει εκ των έσω.

Πηγές: http://biorobotics.snu.ac.kr/research/ - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=894411