Крошечный лист графеновой бумаги размером меньше человеческого ногтя может стать роботом-оригами, который складывается и ходит по поверхности. Вдохновенный трудами китайских исследователей, робот может проложить путь для таких самостоятельных устройств, как складные крошечные роботы и искусственные мышцы, или даже помочь с техникой биологической ткани на малых масштабах.Исследование проводилось в университете Дунхуа, - сообщает .
Суть проекта
В центре исследования - оригами боты из графена, которые ползают по поверхности по типу червя, складываются в небольшую коробку и даже приобретают «руки», чтобы схватить небольшой предмет. Все движения бумажного робота активируются лазерным светом или теплом, что вызывает сокращение в некоторых частях листа графена.
«Поведение робота программируется таким образом, что мы можем использовать его, чтобы он смог ходить и поворачиваться в разработанных формах просто под дистанционным управлением, или от света и тепла», - сказал Хунчжи Ван, ученый и инженер университета Дунхуа.
Другие исследователи показали, что подобные примеры самостоятельного складывания устройств основанные на определенных типах полимеров. Но Ван и его коллеги решили создать свои оригами-вдохновленные устройства из графена, рассуждая, что в результате объект будет более сильным и универсальным по сравнению с традиционными полимерными материалами.
Самостоятельно складные действия бумаги зависят от различий между двумя типами графена. Первый материал –графеноксида (RGO), который не вступает в реакцию с водой. Второй материал- графен оксидаполидопамин (GO-PDA), может впитывать воду в зависимости от наружной влажности, температуры или света.
Склеивая слои двух материалов, китайская команда создала самостоятельно складное устройство, которое реагирует на лазерный свет или тепло. Слева GО-PDA слои останутся плоскими, потому что они напитываются молекулами воды. Но когда применяется свет или тепло, эти слои освобождаются от воды, в результате чего они сокращаются и создают изгиб. Этот простой механизм позволил команде создать аналоги петлям или суставам, чтобы сделать «программируемые» графеновые устройств, которые отвечали бы на свет или тепло.
«Мы подумали, что это было бы более интересно, когда оригами-робот не только складывает себя, но также может перемещаться самостоятельно», - сказал Ван. «Это было бы прототипом нового вида робота, на наш взгляд».
Всего 200 миллисекунд потребовалось, чтобы лист бумаги ответил на ближний инфракрасный лазерный свет и начал складываться. В одной демонстрации с учетом установленной интенсивности в 100 милливатт на квадратный сантиметр, лист превратился в коробку размером около 3 сантиметров на каждой стороне примерно за 2,6 секунды. Когда свет был выключен, коробка развернулась и снова стала плоским листом за чуть более 13 секунд.
Вторая демонстрация показала, как лист графена превратился в червеобразного робота, способного передвигаться и даже разворачиваться. Три GO-PDA линии различной толщины действовали как суставы, что контактируют под воздействием света и позволяют графеновой бумаге перемещаться. Исследователи также выяснили, как заставить червеобразного робота поворачиваться к свету только на одной стороне бумаги.
Третья демонстрация показала создание рук. Исследователи использовали 4-на-6-сантиметровую руку с захватом, который может поддерживать свою власть над объектом. Во время отдельной демонстрации другая рука бумаги была в состоянии поднять 120 миллиграмм титановой фольги на уровне 7 миллиметров за чуть более 3 секунды.
В этой демонстрации робот питался от лазера при интенсивности 200 мВт / см2. Но исследование показало, что ученые могли изменить и потенциально повысить производительность графеновых бумажных устройств, используя различные уровни лазерного облучения.
Практические применения роботов
Китайские исследователи надеются, что эти графеновые устройства будут иметь в будущем практические применения. Ван предусматривает такую работу как подсобный материал для развития следующего поколения промышленных механических приводов и ведущую к новым видам дистанционно управляемых микророботов, микрожидкостного химического анализа, тканевой инженерии и искусственных мышц.
Такой научный эксперимент может также указать путь к «умной одежде», способной изменять форму или стиль в ответ на такие факторы, как температура тела или изменения окружающей среды. Другой возможностью может стать самостоятельная складная солнечная батарея и другие устройства с самоадаптацией, которые существенно реагируют на изменения в окружающей среде.
По данным сайт, в настоящее время Ван и его коллеги также хотят проверить еще меньшие версии бумажных роботов. Это может привести в будущем к демонстрациям оригами в масштабах меньших, чем ширина человеческого волоса.
«Мы считаем, что чем меньше становится устройство, особенно нананоуровне, тем существенней изменяются его свойства и характеристики», - сказал Ван. – «Поэтому мы заинтересованы в развитии всех роботов-оригами нано-размера».
Оказывается, принципы оригами вполне можно применять и в робототехнике. Ведь уже появился прототип первого в мире робота
, сделанного не из пластика или металла, а из бумаги и картона
. Новинка получила имя ZURI
.
Если раньше робототехника была уделом самых талантливых инженеров, работающих в лучших мировых компаниях, то сейчас она стала доступной даже для выпускников гуманитарных факультетов. Ведь технологии, по мере своего развития и усложнения, становятся все более простыми для конечного потребителя. Так появились и роботы-конструкторы, с которыми может разобраться даже ребенок.
В качестве примера таких конструкторов можно привести или представленного на днях немецкой компанией Zoobotics бумажного робота ZURI. В последнем случае речь идет о совершенно универсальном устройстве, которому можно придавать абсолютно любые функции и формы.
Ведь корпус ZURI необходимо конструировать из бумаги и картона. Пользователям достаточно лишь купить электронный набор микросхем, чтобы затем согласно простым инструкциям или собственной фантазии собирать небольших роботов для разных задач.
На сайте Zoobotics уже можно найти формы на распечатки на бумаге, из которых пользователь должен вырезать при помощи ножниц корпус для робота. Также люди с фантазией могут сами создавать подобные инструкции и делиться ими с другими обладателями ZURI.
Это касается и функциональности данного робота-конструктора. ZURI – это устройство с открытой платформой. Его легко запрограммировать на выполнение разнообразных действий при помощи обычного смартфона с предуставленным приложением от Zoobotics. И для этого совершенно не обязательно знать языки программирования – создание программ для робота происходит в интуитивно понятном интерфейсе.
Помимо этого, владелец ZURI может менять и размеры своего «электронного питомца», регулируя формы его корпуса, количество конечностей и сгибов в них, а также прочие физические параметры. Из робота можно сделать собаку или кошку, таракана или паука, автомобиль или человекоподобное создание. Бумага все стерпит!
В последние 3 дня о роботе из оригами, разработанном совместно MIT и Гарвардом, сообщили практически все информагентства, включая федеральные телеканалы. Но этот робот далеко не единственный из созданных в технике складывания фигурок из бумаги. «Занимательная робототехника» подобрала для вас еще несколько интересных идей использования оригами в робототехнике.
1. Робот, собирающий сам себя
Первый проект в нашем списке — собственно инфоповод последних дней — самосборный робот. Статья о проекте вышла в номере журнала Science от 8 августа, ее авторы — группа разработчиков из и под руководством Сэма Фелтона (Sam Felton ).
Представленный робот самостоятельно складывается из плоского пластика, обретает нужную форму и начинает движение. Весь цикл сборки занимает 4 минуты и полностью автономен.
На этом видео полностью запечатлен процесс «оживания» робота из плоского листа:
Основа робота представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из бумаги, пластика и медного листа с микросхемой. На пластиковые листы лазером заранее наносятся линии, по которым будет складываться оригами, нужный угол сгиба регулируется температурой нагрева. Кроме того, на плоский лист предварительно устанавливаются двигатели, батареи и необходимые электронные компоненты. Авторы отмечают, что подготовительные шаги занимают около 2 часов.
2. Оригами как основа движения робота
Номер два в нашем обзоре тоже из Гарварда . Этот робот, представленный в 2012 году, создан в виде полого цилиндра и может стягиваться и растягиваться, сгибаться и разгибаться под давлением газа.
Робот относится к семейству гибких пневматических роботов. могут менять форму тела и использоваться в труднодоступных местах.
Пневматический робот-оригами
Корпус устройства выполнен из силиконового высокоэластичного полимера и бумаги. В конструкции робота имеются полости, накачивая в которые воздух, можно менять форму и совершать движения. С помощью разработанной технологии можно создать любые формы пневматических приводов и реализовать любые виды движений.
Впечатляет мощность продемонстрированного робота — при весе в 10 грамм он поднимает груз в 1 кг — т.е. в 100 раз превышающий его собственный.
3. Робот с колесами из оригами
Каков оптимальный размер колеса? Ответ на это вопрос дали ученые из Южной Кореи: правильное колесо само подбирает нужный размер в зависимости от поверхности и задач робота!
Чтобы робот смог проехать в узких отверстиях колесо должно быть маленьким, а чтобы выбраться из ямы или подниматься по ступенькам — эффективнее большой диаметр.
Презентационное видео проекта (непосредственная демонстрация робота на 2:00):
Техника оригами, а именно метод магического шара отлично справляется с изменением диаметра колеса. В представленной модели колесо может регулироваться в диапазоне от 5 до 12 см.
Идея трансформируемых колес не нова — так, робот, колеса которого превращаются в … ноги, был презентован на конференции в Китае.
4. Робот-сегвей из оригами
Проект номер четыре в нашем списке — робот-сегвей, победивший в конкурсе доступных обучающих роботов Робот-сегвей, собираемый по принципу оригами, занял первое место в категории “Оборудование” и второе – в “Программном обеспечении”.
Этот робот изготавливается из плоских листов, которые собираются и оснащаются датчиками и электроникой. Робот предназначен для обучения робототехнике и программированию. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, у нее более чем серьезный разработчик – уже упоминаемый сегодня MIT .
Робот-сегвей из оригами. Фото: https://sites.google.com/site/mitprintablerobots
Подробнее о роботе-сегвее читайте в нашей .
5. Оригами-андроид от Гервина Штурма
В заключении статьи предлагаем отвлечься от серьезной науки и поработать руками в самой классической технике оригами.
Номер пять в нашей подборке — гугловский Андроид от австрийского специалиста по оригами Гервина Штурма (Gerwin Sturm ).
Подробную схему сборки можно найти на сайте origami.at и на видео ниже:
Если ваш юный изобретатель проявляет интерес к технике и на современном этапе ему нравятся киборги, то, скорее всего, он уже задавался вопросом о том, как из бумаги сделать робота. Данная статья поможет организовать с ребенком веселую творческую мастерскую по созданию киборгов различных конструкций.
Для того чтобы разобраться с тем, как из бумаги сделать робота первой модели, нужно подготовить: бумажный цилиндр (можно взять трубку от использованного бумажного полотенца), полосу толстой твердой 2 см х 10 см, две «чашечки», отрезанные от бумажной яичной упаковки, клей, кисти, зеленую и серебряную краски. Да! Еще нужен четырех- или пятилетний помощник.
От яичной упаковки разными способами необходимо отрезать две чашечки: первую - вырезать по самому краю выпуклой части. Она послужит роботу головным убором. Вторую - вместе с "лопастями", прямоугольными частями, примыкающими к выпуклости. Это будут ноги киборга.
Так как из бумаги сделать робота ребенок может и сам (модель проста в исполнении), в обязанности взрослого должна входить помощь по планированию работы и техника безопасности. Прорезать две щели с двух противоположных сторон бумажного цилиндра (примерно посередине) должен именно взрослый. Маленький мастер может разрезать бумажную полоску пополам. Затем нужно намазать края двух образовавшихся половинок клеем и вставить их в щели цилиндра. Это руки робота. Пока клей сохнет, можно приклеить обрезанную яичную чашечку к верхней части цилиндра, а чашечку с "лопастями" вклеить в нижнюю часть так, чтобы они выглядывали из-под него с той стороны, где у робота будет лицо.
Дождавшись высыхания заготовки, тело и руки киборга можно выкрасить зеленой краской, а голову и ноги - серебряной. Теперь дайте помощнику черный маркер, пусть он нарисует роботу лицо, кнопки и дисплеи управления. Ура! Первая модель готова!
Для того чтобы понять, как из бумаги сделать робота второй модели, необходимо хорошо владеть техникой оригами. Нужно уметь складывать базовые фигуры, например, бумажный куб. Это не очень сложно. Необходимо заготовить разноцветную бумагу разных размеров и спланировать свою работу, чтобы знать, какие комбинации модулей будут головой робота, сколько нужно модулей для тела, рук и ног, и какого размера они будут. Для этого нужен опыт.
Для начала лучше сложить самого простого робота из бумажных кубиков разного объема, научиться соединять детали, а лицо нарисовать маркерами или фломастерами. Со временем можно будет создать робота довольно сложной конструкции, который явится произведением искусства. Овладеть техникой может каждый, ведь оригами доступно для всех. Занимаясь с ребенком этой увлекательной техникой, можно развить у него внимательность, аккуратность и Важно всегда иметь в доме запас разноцветной бумаги. Роботы, машинки, станут любимыми игрушками юного озорника. А их изготовление хорошо кистей обеих рук. Это, в свою очередь, ускорит развитие речи дошкольника. Есть смысл внести такие занятия в курс подготовки к школе. Все умения, связанные с освоением оригами, пригодятся в жизни не только маленькому, но и каждому взрослому человеку. Ведь это занятие еще и успокаивает нервы.
