Phát triển cơ bắp cho robot
Những con robot đầu tiên được làm chủ yếu từ vật liệu cứng và có khả năng gây nguy hiểm như kim loại, nhưng robot ngày nay có thể được chế tạo từ vật liệu mềm hơn nhiều.
Đó là đặc điểm không chỉ giúp robot ưa nhìn, mà còn tạo thêm sự an toàn khi tương tác với chúng.
Tự cung cấp năng lượng
Trong một bài viết trên Tạp chí Science Robotics, các nhà khoa học đã thử nghiệm cơ bắp robot mới sử dụng ống thổi tĩnh điện để nâng vật nặng gấp hàng chục lần trọng lượng của chính nó.
Theo các nhà khoa học, không giống như các thiết kế trước đây, loại cơ mới này của robot sẽ rẻ và có thể mở rộng được quy mô. Nó cũng có thể được sử dụng hàng loạt để tạo ra sức mạnh lớn hơn nữa.
Việc tạo ra cơ bắp cho robot rất quan trọng vì nó có thể hoạt động cũng như dự trữ và tự tạo ra năng lượng. Theo các nhà nghiên cứu, nó có thể được sử dụng cho robot chạy bằng pin. Điều này sẽ giúp ích trong việc duy trì năng lượng và sức mạnh cho những con robot phải thực hiện các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ ở địa hình nguy hiểm. Đây cũng có thể là một bước tiến khác hướng tới việc tạo ra những con robot tự hành.
Tác giả chính của nghiên cứu là Phó Giáo sư kỹ thuật cơ khí Marco Fontana tại Viện TeCIP ở Italy. Ông cho biết, robot mềm cũng có khả năng điều hướng địa hình mới tốt hơn robot cứng hơn và kém dẻo hơn.
Ông Fontana và đồng nghiệp cho rằng tuy các cơ nhân tạo có thiết kế khác nhau nhưng không có thiết kế nào phù hợp về chi phí và có khả năng mở rộng. Ví dụ, một cơ bắp robot có kích thước milimet được hỗ trợ tốt sẽ không có tác dụng nếu nó không thể tăng kích cỡ lên hàng centimet hay hơn thế nữa.
Video đang HOT
Chuyển năng lượng cơ học thành điện năng
Trong nghiên cứu của mình, họ đã kết hợp những gì tốt nhất có được để thiết kế một loại cơ tĩnh điện (EBM) sử dụng điện tích và áp suất nhằm tạo ra một loại cơ nhẹ nhàng có khả năng hoạt động như một máy phát điện, thiết bị truyền động và bơm tất cả trong một thiết kế duy nhất.
“Cơ co của EBM có thể hoạt động ở chế độ phát điện, chuyển đổi năng lượng cơ học xung động thành điện năng mà không cần sửa đổi cách bố trí và chế độ tải của nó. Vì vậy, chúng có thể được sử dụng một cách hiệu quả để tái chế năng lượng trong các giai đoạn thụ động của quá trình truyền động” – PGS Marco Fontana cho biết. Nói cách khác, ngay cả khi cơ không di chuyển, nó vẫn hoạt động để dự trữ năng lượng cho hành động tiếp theo.
PGS Marco Fontana nhấn mạnh: “Điều này tất nhiên là rất quan trọng đối với các loại robot không dây hoặc chạy bằng pin, robot thực hiện các nhiệm vụ tìm kiếm cứu hộ. Nó cũng có thể cải thiện việc sử dụng năng lượng trong các ứng dụng khác như công nghiệp tự động hóa”.
Cơ bắp của robot được thiết kế để có thể giãn nở và co lại giống như một cái bơm hơi kiểu cũ. Để kiểm tra sức mạnh của cơ này, các nhà nghiên cứu đưa cho nó những vật có trọng lượng khác nhau để nâng, từ chai nhựa chỉ nặng 1kg đến các tấm kim loại nặng hơn 500kg.
Họ cùng kiểm tra xem EBM có thể đạt được các mục tiêu khác như thế nào, bao gồm hoạt động như một máy bơm và một máy thu năng lượng thụ động.
Khả năng nâng ấn tượng
Không giống như người, những con robot được phát triển cơ bắp trong phòng thí nghiệm thay vì phòng tập gym. Các nhà khoa học mới đây đã tạo ra một loại cơ bắp mới cho robot có khả năng tự cung cấp năng lượng trong một khoảng thời gian dài sau lần sạc điện ban đầu.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, EBM có thể nâng một khối lượng ấn tượng, đó là nặng gấp 70 lần trọng lượng của chính nó.
Ngoài ra, khi hoạt động như một máy phát điện, nó có khả năng chuyển đổi 20% năng lượng của chính mình trở thành năng lượng dự trữ để sử dụng sau này.
Các tác giả cho biết, những chỉ số này ngang bằng với các thiết kế cơ bắp trước đây nhưng có thiết kế nhỏ gọn và với chi phí thấp hơn. Đặc biệt, tất cả chúng đều có thể được khuếch đại bằng cách sắp chồng các EBM này lên nhau giống như xếp một chiếc khăn mùa đông dài.
Theo các nhà khoa học, EBM hứa hẹn sẽ mang lại lợi ích cho các hệ thống robot nhờ tính nhẹ nhàng, khả năng mở rộng và thích ứng với các nhiệm vụ khác nhau. “Khả năng thu thập năng lượng được bổ sung cũng có thể là một tính năng vượt trội đối với các robot tự động chạy bằng pin” – họ cho biết.
Tiếp theo, trước khi những cơ bắp trên có thể được tăng kích cỡ và bắt đầu trang bị cho robot có kích cỡ bằng người thật, các tác giả cho biết công nghệ này trước tiên cần được thu nhỏ hơn nữa. Cùng với việc tinh chỉnh thiết kế và vật liệu dùng cho EBM, nó sẽ giúp đưa những robot tự cung cấp năng lượng đến gần hơn với thực tế.
Robot nano tự gập thành chim origami nhỏ nhất thế giới
Nhóm nghiên cứu từng được Kỷ lục Guinness thế giới công nhận vì đã tạo ra robot biết đi nhỏ nhất. Giờ đây, họ hy vọng sẽ đạt được một kỷ lục khác với con chim origami tự gấp chỉ rộng 60 micromet.
Robot nano có thể tự gập lại thành cấu hình chim origami
Nếu muốn chế tạo một robot nano đầy đủ chức năng, bạn cần phải kết hợp một loạt khả năng, từ mạch điện tử, quang điện phức tạp đến cảm biến và ăng-ten. Và nếu muốn robot di chuyển, bạn cần phải tạo khả năng uốn cong cho nó. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Cornell danh tiếng của Mỹ đã kết hợp tất cả để làm ra thiết bị truyền động bộ nhớ hình dạng có kích thước micromet cho phép vật liệu hai chiều mỏng về kích thước nguyên tử tự gấp lại thành cấu hình 3D. Điều đặc biệt họ yêu cầu là điện áp giật nhanh để một khi vật liệu bị uốn cong, nó vẫn giữ nguyên hình dạng ngay cả sau khi điện áp bị loại bỏ. Để mô tả cho những điều này là robot chim gấp giấy origami nhỏ nhất thế giới.
Bài báo về nghiên cứu của nhóm được xuất bản ngày 17.3 trên tạp chí Science Robotics . Tác giả chính của bài báo là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Qingkun Liu. Dự án được dẫn dắt bởi hai giáo sư vật lý Itai Cohen và Paul McEuen từ Đại học Nghệ thuật và Khoa học thuộc Đại học Cornell.
"Chúng ta đã học được cách xây dựng các hệ thống và máy móc phức tạp ở quy mô lớn. Nhưng những gì chúng ta chưa học được là chế tạo máy móc ở quy mô cực nhỏ. Và đây là một bước mới trong quá trình tiến hóa cơ bản về những gì con người có thể làm để chế tạo những cỗ máy nhỏ như tế bào", Giáo sư McEuen, người đồng chủ trì Nhóm đặc nhiệm Khoa học nano và Kỹ thuật hệ thống vi mô (NEXT Nano) của Đại học Cornell, nói.
Sự hợp tác liên tục giữa hai giáo sư McEuen và Cohen cho đến nay đã tạo ra một loạt máy móc, linh kiện có kích thước nano. Mỗi sản phẩm mới được tạo ra dường như luôn nhanh hơn, thông minh và tinh tế hơn so với sản phẩm trước. "Chúng tôi muốn có những robot siêu nhỏ mang bộ não trên bo mạch. Điều đó nghĩa là cần phải có phần phụ được điều khiển bởi các bóng bán dẫn oxit kim loại bổ sung (complementary metal-oxide-semiconductor - CMOS), về cơ bản là một loại chip máy tính trên robot có kích thước siêu nhỏ", Giáo sư Cohen cho biết.
Theo nhóm nghiên cứu, phần khó nhất là phải tạo ra vật liệu đáp ứng được với các mạch CMOS. "Và đó là những gì Qingkun cùng với đồng nghiệp đã làm với bộ truyền động bộ nhớ hình dạng phức tạp, nhiều nếp uốn cong như chim origami".
Thiết bị truyền động của chim origami có thể uốn cong với bán kính cong nhỏ hơn một micromet, độ cong cao nhất của bất kỳ thiết bị truyền động điều khiển bằng điện áp nào theo thứ tự về độ lớn. Tính linh hoạt này rất quan trọng vì một trong những nguyên tắc cơ bản của việc chế tạo robot siêu nhỏ là kích thước robot được xác định bởi độ nhỏ của các phần phụ khác nhau có thể gấp lại được. Các khúc uốn càng chặt chẽ thì các nếp gấp cho mỗi máy sẽ càng nhỏ. Điều quan trọng nữa là robot chim origami có thể giữ được những khúc uốn này, điều này giúp giảm thiểu tiêu thụ điện năng, một tính năng đặc biệt có lợi cho robot và máy siêu nhỏ.
Hai giáo sư Cohen và McEuen ghi nhận kiến thức nền tảng của Qingkun Liu về hóa học đã tạo dấu ấn cho khoa học đằng sau phản ứng điện hóa giúp vật liệu có thể gấp lại và duy trì hình dạng của nó. "Ở quy mô nhỏ như thế, nó không còn giống như kỹ thuật cơ khí truyền thống, mà là hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí kết hợp lại", nhà nghiên cứu Qingkun Liu nói.
Các thiết bị tạo nên chim origami bao gồm một lớp bạch kim mỏng có kích thước nanomet được bao phủ bởi một màng titan hoặc titan dioxit. Nằm trên đỉnh các lớp đó là một số tấm thủy tinh silicon dioxit cứng. Khi điện áp dương được đặt vào thiết bị truyền động, các nguyên tử oxi được dẫn vào bạch kim và hoán đổi vị trí với các nguyên tử bạch kim. Quá trình oxi hóa này làm cho bạch kim nở ra ở một phía trong các đường nối giữa các tấm kính trơ, khiến cấu trúc uốn cong thành hình dạng được định sẵn. Thiết bị có thể giữ hình dạng uốn cong ngay cả sau khi điện áp bị loại bỏ, vì các nguyên tử oxi nhúng tụ lại tạo thành một rào cản, ngăn chúng khuếch tán ra ngoài.
Sau đó, bằng cách đặt một điện áp âm vào thiết bị, nhóm nghiên cứu có thể loại bỏ các nguyên tử oxi và nhanh chóng khôi phục bạch kim về trạng thái nguyên sơ của nó. Bằng cách thay đổi mô hình của các tấm kính, một loạt cấu trúc origami được vận hành bởi các nếp gấp được tạo ra.
"Điều đáng chú ý là những lớp nhỏ bé này chỉ dày khoảng 30 nguyên tử, nhỏ hơn rất nhiều so với một tờ giấy vốn có thể dày 100.000 nguyên tử. Thiết bị chim origami tự gấp lại nhanh chóng, trong vòng 100 mili giây. Nó cũng có thể tự làm phẳng và uốn lại hàng nghìn lần. Và nó chỉ cần một Vôn để hoạt động. Đó là một thách thức kỹ thuật lớn để có thể tìm cách tạo ra một thứ như thế", Giáo sư McEuen nói.
Hiện nhóm nghiên cứu đang làm việc để tích hợp thiết bị truyền động bộ nhớ hình dạng với các mạch điện để tạo ra robot biết đi có chân có thể gập lại. Họ hy vọng những đổi mới này một ngày nào đó có thể dẫn đến việc tạo thành công robot loại Roomba nano có khả năng làm sạch vi khuẩn lây nhiễm từ mô người, và dụng cụ phẫu thuật robot nhỏ hơn mười lần so với các thiết bị hiện tại.
New York muốn cấm cảnh sát vũ khí hóa robot Theo WIRED , Ben Kallos - ủy viên hội đồng thành phố New York đang đề xuất luật cấm cảnh sát sở hữu hoặc vận hành robot vũ trang. Chó robot dùng để tìm con tin Người này nói: "Tôi không có vấn đề gì với việc dùng robot để gỡ bom, nhưng phải sử dụng đúng chức năng và đúng hoàn cảnh"....