robots origami = Robots que cambian de forma
Durante años, un equipo de investigadores del MIT y la Universidad de Harvard ha estado trabajando en robots origami robots --reconfigurable que sería capaz de plegarse en formas arbitrarias.
En la edición de hoy de la Ciencia, que informan de su último hito: Un robot, hecho casi enteramente de piezas producidas por una cortadora láser, que se pliega y se arrastra tan pronto como las baterías se adjuntan a la misma.
"Lo emocionante es que se crea este dispositivo que ha cómputo embebido en la versión plana, impresa", dice Daniela Rus, el profesor Andrew y Erna Viterbi de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT y uno de los co-autores del artículo de Science . "Y cuando estos dispositivos se levantan desde el suelo a la tercera dimensión, lo hacen de una manera reflexiva."
Rus se incorporó en el papel de Erik Demaine, profesor del MIT de ciencias de la computación y la ingeniería, y por tres investigadores del Instituto Wyss de Harvard para la Ingeniería Inspirada Biológicamente y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas: Sam Felton, Michael Tolley, y Rob Wood.
En la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de la primavera, Rus, Demaine, madera, y otros cinco investigadores del MIT y de Harvard presentó un documento sobre robots horneable , que se auto-ensamblan a partir de materiales de corte por láser cuando se calienta uniformemente. El nuevo trabajo es similar, sino una red de cables eléctricos, en lugar de un horno o plancha caliente, proporciona calor a las articulaciones del robot para iniciar el plegado.
"Eso es interesante desde un punto de vista de la geometría," Demaine dice, "porque nos permite doblamos más cosas. Debido a que podemos hacer la secuenciación, tenemos mucho más control. Y nos permite hacer estructuras plegables activos. En lugar de simplemente auto-ensamblaje, puede hacerlo a pie ".
El robot está construido a partir de cinco capas de materiales, todos cortados de acuerdo a las especificaciones digitales por un cortador láser. La capa intermedia es de cobre, grabado en una intrincada red de cables eléctricos. Se intercala entre dos capas estructurales de papel; las capas exteriores se componen de un polímero con memoria de forma que se pliega cuando se calienta.
Después de que los materiales de corte por láser se acodan juntos, un microprocesador y motores más pequeños están unidos a la superficie superior. En el prototipo, que la unión se realiza de forma manual, pero podría en cambio ser realizada por un "pick and place" sistema robótico.
"Hay una salsa de magia en el diseño mecánico que forma el sistema de la pierna que puede ser accionada con un motor", dice Rus.
De hecho, mientras que los investigadores experimentaron con diseños tanto con un solo motor y cuatro motores, el artículo de Science informa de un diseño que utiliza dos motores. Cada motor controla dos de las piernas del robot; los motores están sincronizados por el microprocesador. Cada pata, a su vez, tiene ocho "enlaces", mecánicas y la dinámica de los vínculos convertir la fuerza ejercida por el motor en movimiento.
"Se llama una estructura de un grado de libertad, en el que sólo tiene que girar una manivela y todo el asunto se mueve en la manera que usted desea," Demaine explica. "Se le permite transferir sólo un grado de libertad en un movimiento complicado todo, todo a través de la mecánica de la estructura."
En un trabajo previo, Rus, Demaine, y Wood desarrolló un algoritmo que podría convertir automáticamente cualquier forma 3D especificada digitalmente en un patrón de plegado de origami. El diseño del nuevo robot se pretendía demostrar no sólo la posibilidad de generación de movimiento, sino también la capacidad de realizar los dos pliegues necesarios para producir formas arbitrarias. "Tienes que ser capaz de hacer un solo pliegue, idealmente hasta el final a 180 grados, en ambas direcciones," dice Demaine. "Entonces, el siguiente nivel de desafío es hacer lo que se llama un pliegue cíclico, donde usted tiene un montón de paneles conectados entre sí en un ciclo, y todos ellos se puede plegar de forma simultánea. Eso se demostró en uno de los componentes del sistema ".
El pliegue más agudo que el prototipo de sistema puede ejecutar es de 150 grados, no 180. Pero como explica Demaine, en origami, pliegues de 180 grados se utilizan generalmente para unir paneles entre sí. Con 150 grados se pliega, los paneles no toque bastante, pero eso es probablemente tolerable para muchas aplicaciones.
Mientras tanto, Demaine tiene previsto volver a examinar el análisis teórico que fue la base del algoritmo de plegado inicial de los investigadores, para determinar si aún es posible producir formas tridimensionales arbitrarias con pliegues no más nítidas de 150 grados.
"Es muy emocionante porque siempre hay trabajo por hacer entre la teoría y dispositivos", dice Rus. "Yo hago robots y amor teoría, y Erik demuestra teoremas y ama mecanismos. Con el fin de que la investigación funcione, necesita personas que son de la misma opinión sobre lo que es importante ".
"Esta es la primera vez donde han auto-plegar una estructura robótica tan complicado", dice Ronald Fearing, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de California en Berkeley, que ha estado siguiendo los investigadores del MIT y Harvard ' trabajo. "Debido a que construyen con la electrónica de primera, ahora puede elegir que se pliega ocurrir cuando. Si usted no tiene la electrónica, entonces usted está limitado a los patrones donde calientas toda la cosa y todo lo que se retiran a la vez. Así que ser capaz de hacer la secuencia cronometrada es una buena capacidad ".
Robótica Origami es "un concepto muy poderoso, porque cortar cosas planas y plegado es un proceso inherentemente muy bajo costo," Temiendo dice. "Si usted tiene una estructura hueca-shell, entonces usted tiene algo que es muy fuerte y muy ligero. Si pones motores de allí, usted termina con un robot que es muy potente para su peso, por lo que empieza a ser capaz de tomar ventaja de las cosas, como se ve con los insectos que llevan tantas veces su peso. Plegable, creo, es una buena manera de llegar a los robots más pequeños ".
El trabajo fue financiado por la National Science Foundation, el Instituto Wyss para Biológicamente Investigación Inspirada en Harvard, y la Oficina de la Fuerza Aérea de Investigaciones Científicas.
