Философия, которая лежит в основе дизайна роботов-оригами от MIT

Партнерство между Гарвардским институтом Висса и Массачусетским технологическим институтом при поддержке Национального научного фонда породило новую породу нескладных роботов, которые могут собираться из двумерного листа пластика в полнофункциональных киберкрабов и работать на обычной батарейке.

Вместо того чтобы строить роботов из металлических рам, съемных двигателей, сенсоров и источников питания как каких-нибудь механических Франкенштейнов, эти исследователи пропагандируют новый вид производства, когда инженеры могут элегантно задать дизайн и наблюдать, как их творения, словно ростки, поднимаются из плоскости.

Такой метод производства может быть критически важным в экстремальных условиях — в космосе, например. Астронавтам, которые полетят на Марс, понадобится армия роботов-помощников, но вот взять с собой громоздкие установки и взрывоопасные газы для ацетиленовых горелок, чтобы производить их на территории базы, вряд ли получится. Аналогичным образом становятся все более распространенными поисково-спасательные работы с роботами, однако их громоздкость и стоимость не позволяют оперативно их разворачивать.

Подход роботов-оригами приведет к конструкциям, которые будут менее мощными, но более гибкими, что позволит дизайнерам экспериментировать и рисковать, не переживая о серьезных затратах.

Плоские листы пластика выглядят не так привлекательно, как 3D-печатные элементы или продукты электронно-лучевой плавки, но гибкие роботы строятся из компактных листовых материалов с применением проверенных временем 2D-принтеров и лазерных резаков — которые, кстати, могут работать в безвоздушном пространстве или зоне бедствия, усыпанной камнями.

«Точно так же, как IKEA произвела революцию в сфере заказов мебели почтой, эта технология может сделать транспортировку сложных машин дешевой и простой», — говорит Сэм Фелтон, автор публикации на тему роботов-оригами.

Самый большой недостаток этих дроидов — ограниченная способность восстанавливать повреждения. Неполадка в одной части конструкции разрушает ее целиком, в то время как обычный робот просто может извлечь неисправную деталь. Тем не менее Фелтон считает, что этот недостаток будет устранен за счет лучшего программного обеспечения в руках более опытных конструкторов.

«Мы полагаем, что по мере того, как эта технология будет получать распространение, программные инструменты на базе математики оригами будут все больше и больше упрощать создание таких роботов».

Кроме того, по мере снижения стоимости, ремонт и замена роботов будет такой же простой, как печать листов пластика.

Как они сделаны?

Роботы сделаны из «настраиваемых метаматериалов» — композитов, созданных с такими свойствами, каковые едва ли можно найти в природе. Проще говоря, роботы оснащаются гибкими платами, уложенными между слоями пластика и растянутого полистирола размером с бумажный лист. Небольшой аккумулятор и пара моторчиков обеспечивают питание и двигательные функции роботов, но сами по себе настолько малы, что вся конструкция может уместиться в конверт.

Небольшой аккумулятор нагревает схемы, скрытые в центральном слое конструкции до 100 градусов по Цельсию; специально спроектированные срезы пластика позволяют предварительно растянутому полистиролу стягиваться. Конструкция заранее создается с петлями и небольшими прорезями в пластмассе, которые по мере сборки будут определять укладку конструкции. Небольшие срезы преобразуются в легкие складки, более серьезные срезы существенно «загнут» лист.

Эстетика робота-оригами напоминает десептиконов, но Фелтон утверждает, что колючие и угловатые конечности — сугубо функциональное следствие, а не отражение зловещих намерений. Трансформация занимает четыре минуты. После сборки ноги насекомоподобного робота несут его со скоростью пять сантиметров в секунду — два километра за десять часов.

Эти двумерные дроны годами создавались на основе предыдущих работ ученых Гарварда и Массачусетского технологического, в том числе на базе самособирающихся ламп. Эти технологии в один прекрасный день, как та же IKEA, могут продемонстрировать, что двумерные методы производства могут создавать живых роботов чуть ли не из бумажного листа. В этом вся философия оригами.

Несмотря на впечатляющие возможности таких роботов, техника не требует материалов космической эпохи. Пластик используют даже в детском саду. Тем не менее Фелтон отмечает, что космическое применение потребует более дорогих и стойких материалов вроде углеволокна и жесткого пластика. Не тех, из которых делают зажигалки.