Lille motor kan gå for at udføre opgaver

For år siden, MIT-professor Neil Gershenfeld havde en dristig tanke. Slået over det faktum, at alle verdens levende ting er opbygget af kombinationer af kun 20 aminosyrer, han spekulerede på:Kan det være muligt at lave et kit med kun 20 grundlæggende dele, der kan bruges til at samle alle de forskellige teknologiske produkter i verden?

Gershenfeld og hans elever har gjort støt fremskridt i den retning lige siden. Deres seneste præstation, præsenteret i denne uge på en international robotteknologi, består af et sæt af fem bittesmå grundlæggende dele, der kan samles til en lang række funktionelle enheder, herunder en lille "gående" motor, der kan bevæge sig frem og tilbage over en overflade eller dreje gearene på en maskine.

Tidligere, Gershenfeld og hans elever viste, at strukturer samlet fra mange små, identiske underenheder kan have mange mekaniske egenskaber. Næste, de demonstrerede, at en kombination af stive og fleksible deletyper kan bruges til at skabe morphing flyvinger, et mangeårigt mål inden for rumfartsteknik. Deres seneste arbejde tilføjer komponenter til bevægelse og logik, og vil blive præsenteret på den internationale konference om manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS) i Helsinki, Finland, i et papir af Gershenfeld og MIT kandidatstuderende Will Langford.

Deres arbejde tilbyder et alternativ til nutidens tilgange til konstruktion af robotter, der stort set falder ind i en af ​​to typer:brugerdefinerede maskiner, der fungerer godt, men er relativt dyre og ufleksible, og rekonfigurerbare, der ofrer ydelse for alsidighed. I den nye tilgang, Langford kom med et sæt på fem millimeter-skala komponenter, som alle kan fastgøres til hinanden med et standardstik. Disse dele inkluderer de tidligere stive og fleksible typer, sammen med elektromagnetiske dele, en spole, og en magnet. I fremtiden, teamet planlægger at gøre disse ud af stadig mindre grundlæggende dele.

Ved at bruge dette enkle sæt med små dele, Langford samlede dem til en ny slags motor, der flytter et vedhæng i diskrete mekaniske trin, som kan bruges til at dreje et tandhjul, og en mobil form af motoren, der forvandler disse trin til bevægelse, lade den "gå" hen over en overflade på en måde, der minder om de molekylære motorer, der bevæger muskler. Disse dele kan også samles i hænder til at gribe, eller ben til at gå, efter behov for en bestemt opgave, og derefter igen samlet, da disse behov ændres. Gershenfeld omtaler dem som "digitale materialer, "diskrete dele, der kan forbindes reversibelt, danner en slags funktionel mikro-LEGO.

Det nye system er et vigtigt skridt mod at skabe et standardiseret kit med dele, der kan bruges til at samle robotter med specifikke muligheder tilpasset en bestemt opgave eller et sæt opgaver. Sådanne specialbyggede robotter kan derefter skilles ad og samles efter behov i en række forskellige former, uden behov for at designe og fremstille nye robotter fra bunden til hver applikation.

Langfords første motor har en myrelignende evne til at løfte syv gange sin egen vægt. Men hvis der kræves større kræfter, mange af disse dele kan tilføjes for at give mere oomph. Eller hvis robotten skal bevæge sig på mere komplekse måder, disse dele kunne fordeles i hele strukturen. Størrelsen af ​​byggestenene kan vælges, så de matcher deres anvendelse; holdet har lavet dele i nanometerstørrelse til at lave nanorobotter, og meterstore dele til at lave megarobotter. Tidligere, specialiserede teknikker var nødvendige ved hver af disse ekstreme længder.

"En ny applikation er at lave små robotter, der kan arbejde i trange rum, "Siger Gershenfeld. Nogle af de enheder, der er samlet i dette projekt, for eksempel, er mindre end en krone, men alligevel kan udføre nyttige opgaver.

At indbygge "hjernerne, " Langford har tilføjet deletyper, der indeholder millimeterstore integrerede kredsløb, sammen med et par andre deltyper til at tage sig af at forbinde elektriske signaler i tre dimensioner.

Enkelheden og regelmæssigheden af ​​disse strukturer gør det relativt nemt for deres samling at blive automatiseret. At gøre det, Langford har udviklet en ny maskine, der ligner en krydsning mellem en 3D-printer og pick-and-place-maskiner, der fremstiller elektroniske kredsløb, men i modsætning til nogen af ​​dem, denne kan producere komplette robotsystemer direkte fra digitale designs. Gershenfeld siger, at denne maskine er et første skridt i retning af projektets ultimative mål om "at lave en montør, der kan samle sig ud af de dele, den samler."

"Standardisering er et ekstremt vigtigt spørgsmål inden for mikrorobotik, at reducere produktionsomkostningerne og som resultat, at forbedre accept af denne teknologi til niveauet for almindelige industrielle robotter, "siger Sergej Fatikow, leder af afdelingen for mikrorobotik og kontrolteknik, ved universitetet i Oldenburg, Tyskland, som ikke var tilknyttet denne forskning. Det nye værk "omhandler samling af sofistikerede mikrorobotsystemer fra et lille sæt standardbyggeklodser, som kan revolutionere området inden for mikrorobotik og åbne op for mange applikationer i små skalaer, " han siger.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.