פיתוח חדש מדגים את הפוטנציאל למכונות מתוחכמות שבונות את עצמן
צוות של מהנדסים השתמש בצעצוע הילדים הקלאסי dinks Shrinky – המתכווץ כאשר הוא מתחמם כדי לבנות רובוט שמרכיב את עצמו ממצב שטוח לצורה מורכבת בארבע דקות, וזוחל משם ללא כל התערבות אנושית. הפיתוח החדש מדגים את הפוטנציאל לבנות במהירות ובזול מכונות מתוחכמות הפועלות באינטראקציה עם הסביבה, וגם כדי לחסוך חלק גדול מתהליך התכנון וההרכבה.
השיטה שואבת את ההשראה מהרכבה עצמית בטבע, כפי שהיא מתרחשת למשל ברצפים הליניאריים של חומצות אמינו המתקפלים מעצמם לחלבונים מורכבים בעלי תפקודים מתוחכמים.
“האפשרות שרובוט יוכל להרכיב את עצמו באופן עצמאי ולבצע את התפקיד המוטל עליו הייתה ציון דרך שאנחנו כבר רודפים אחרי שנים רבות,” אומר ד”ר רוב ווד, חבר סגל במכון Wyss להנדסה בהשראה ביולוגית באוניברסיטת הרווארד וצ’ארלס ריבר, פרופסור למדעי הנדסה יישומית בבית הספר של הרווארד למדעי הנדסה יישומית (SEAS). הצוות כלל מהנדסים ומדעני מחשב ממכוני Wyss ו-SEAS בהרווארד ומהמכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT).
בנוסף להרחבת הדרכים האפשריות לייצור רובוטים באופן כללי, ניתן יהיה להשתמש בשיטה ליישומים אקזוטיים יותר.
“תארו לעצמכם עשרות לווינים רובוטיים דחוקים יחדיו, כך שהם יכולים להישלח עד החלל ולאחר מכן להרכיב את עצמם מרחוק ברגע שהם מגיעים לשם. הם יכולים לצלם, לאסוף נתונים, ולהמשיך בתפקידם כאילו שוגרו כבר מוכנים אמר סם פלטון, דוקטורנט ב-SEAS והמחבר הראשי של המאמר.
הרובוטים הם שיאה של סדרת שיפורים שנעשו על ידי הצוות בשנים האחרונות, ובכלל זה פיתוח של רכיבים רובוטיים מודפסים שעדיין דורשים מעורבות אנושית בעת הקיפול עצמו – ומנורה המתקפלת לבד שהייתה צריכה להיות מופעלת על ידי אדם לאחר שאספה את עצמה. הרובוט החדש הוא הראשון שבונה את עצמו ומתפקד ללא התערבות אדם.
“יצרנו כאן מערכת אלקטרו מכאנית מלאה המוטבעת לתוך צורה דו-ממדית אחת שטוחה” אמר פלטון. חברי הצוות השתמשו בכלי תכנון ממוחשבים על מנת לקבל את העיצוב ודפוס הקיפול האופטימאליים – ולאחר כ-40 אבות טיפוס, פלטון מצא את הרובוט שיכול לקפל את עצמו וללכת משם. הוא ייצר את הצורה הדו-ממדית באמצעות מדפסת דיו מוצקה, מכונת לייזר, וידיו.
לעיצוב המעודן נדרשו רק שעתיים כדי להרכיב את עצמו באמצעות שיטה המסתמכת על האוריגמי, האמנות היפנית העתיקה שמאפשרת קיפול גיליון נייר אחד לתוך מבנים מורכבים. הגישה בהשראת האוריגמי אפשרה לצוות למנוע את הצורך להשתמש ב”ברגים ואומים” שהיא הגישה המסורתית להרכבת מכונות מורכבות.
הם התחילו עם גיליון שטוח, שאליו הוסיפו שני מנועים, שתי סוללות, ובקר זעיר (מיקרו בקר או microcontroler) – שמתנהג כמו “מוח” הרובוט, אמר פלטון.
הגיליון היה מורכב מנייר ו-dinks Shrinky, צעצוע המכיל קלקר – ומעגל גמיש אחד באמצעו. הרובוט כלל גם צירים שתוכנתו להתקפל בזוויות מסוימות. כל ציר הכיל מעגלים משובצים המייצרים חום בפקודה מהבקר הזעיר. החום גורם לקיפול עצמי בשורה של צעדים.
כאשר הצירים התקררו לאחר כארבע דקות, הקלקר מתקשה – מה שהופך את הרובוט לנוקשה. הבקר הזעיר מסמן לרובוט לזחול ולהתרחק במהירות של כעשירית קמ”ש. כל האירוע צורך כמות של אנרגיה האגורה בסוללת אלקליין AA אחת.
הרובוט הנוכחי פועל על טיימר, מחכה כעשר שניות לאחר שהסוללות מותקנות ומתחיל להתקפל. עם זאת, “אנחנו יכולים בקלות לשנות את זה כך שהקיפול יופעל על־ידי חיישן לגורם סביבתי, כגון טמפרטורה או לחץ,” אמר פלטון.
אחד האתגרים העיקריים בתהליך, לדברי פלטון, הייתה הנטייה של הרובוטים להישרף לפני שהם מקופלים כראוי. “יש הרבה דרכים שאנחנו יכולים לשפר צעד מכונן זה,” אמר פלטון, שמתכנן להתנסות בסוגים שונים של פולימרים בעלי זיכרון צורה – חומרים כמו הקלקר אך חזקים יותר ודורשים פחות חום כדי לפעול.
השיטה היא שיטה משלימה להדפסה תלת ממדית, אשר טומנת בחובה הבטחה גדולה לייצור מהיר וזול של רכיבים רובוטיים אבל גם מתקשה לשלב את הרכיבים החשמליים ובמקרה הספציפי הזה, היה לוקח זמן רב יותר כדי לייצר את אב הטיפוס הפונקציונלי.
החלום לטווח הארוך , לדברי ווד, הוא לבנות מתקן שכל אחד יוכל להרכיב בבית כשיידרש לסיוע רובוט ביתי. “אתה תהיה מסוגל לתאר את מה שאתה צריך במונחים בסיסיים, לחזור כעבור שעה ולקבל את העוזר הרובוטי שלך” אמר ווד. בסך הכל, כל רובוט עולה כ -100 דולרים, אבל רק 20 $ עבור הגוף ללא מנועים, סוללות, ובקרים זעירים.
