ลองนึกภาพยานพาหนะไร้คนขับขนาดเล็กที่สามารถขับเหนือพื้นดิน หยุด และแผ่ตัวเองเป็นควอดคอปเตอร์ โรเตอร์เริ่มหมุน และรถก็บินออกไป เมื่อมองอย่างใกล้ชิดคุณคิดว่าคุณจะเห็นอะไร? กลไกอะไรทำให้มันเปลี่ยนจากยานพาหนะบนบกเป็นควอดคอปเตอร์บินได้? คุณอาจจินตนาการถึงเกียร์และสายพาน อาจจะเป็นชุดเซอร์โวมอเตอร์ขนาดเล็กที่ดึงชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าที่ หากกลไกนี้ได้รับการออกแบบโดยทีมงานที่ Virginia Tech ซึ่งนำโดยMichael Bartlettผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล
คุณจะเห็นแนวทางใหม่ในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างในระดับวัสดุ
นักวิจัยเหล่านี้ใช้ยาง โลหะ และอุณหภูมิในการแปรสภาพวัสดุและยึดเข้าที่โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์หรือรอก ผลงานของทีมงานได้รับการเผยแพร่ในScience Robotics ผู้ร่วมเขียนบทความ ได้แก่ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Dohgyu Hwang และ Edward J. Barron III และนักวิจัยหลังปริญญาเอก ABM Tahidul Haque ธรรมชาติอุดมไปด้วยสิ่งมีชีวิตที่เปลี่ยนแปลงรูปร่างเพื่อทำหน้าที่ต่างๆ ปลาหมึกยักษ์เปลี่ยนรูปร่างได้อย่างมากเพื่อเคลื่อนไหว กิน และมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม มนุษย์เกร็งกล้ามเนื้อเพื่อรองรับน้ำหนักและคงรูป และพืชจะเคลื่อนไหวเพื่อรับแสงแดดตลอดวัน คุณจะสร้างวัสดุที่มีฟังก์ชันเหล่านี้เพื่อให้ใช้งานหุ่นยนต์แปลงร่างแบบมัลติฟังก์ชั่นชนิดใหม่ๆ ได้อย่างไร
“เมื่อเราเริ่มโปรเจกต์ เราต้องการวัสดุที่สามารถทำสามสิ่ง: เปลี่ยนรูปร่าง คงรูปทรงนั้นไว้ จากนั้นกลับสู่การกำหนดค่าดั้งเดิม และทำสิ่งนี้ซ้ำหลายๆ รอบ” บาร์ตเลตต์กล่าว “หนึ่งในความท้าทายคือการสร้างวัสดุที่อ่อนพอที่จะเปลี่ยนรูปร่างได้อย่างมาก แต่แข็งพอที่จะสร้างเครื่องจักรที่ปรับเปลี่ยนได้ซึ่งทำหน้าที่ต่างๆ ได้” ในการสร้างโครงสร้างที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ ทีมงานได้หันไปใช้คิริกามิ ซึ่งเป็นศิลปะของญี่ปุ่นในการสร้างรูปทรงจากกระดาษด้วยการตัด วิธีนี้แตกต่างจากโอริกามิซึ่งใช้การพับ จากการสังเกตความแข็งแรงของรูปแบบคิริกามิในยางและวัสดุผสม ทีมงานสามารถสร้างสถาปัตยกรรมวัสดุในรูปแบบเรขาคณิตซ้ำๆ ได้ ขั้นต่อไป พวกเขาต้องการวัสดุที่คงรูปร่างไว้ได้ แต่อนุญาตให้ลบรูปร่างนั้นได้ตามต้องการ ที่นี่พวกเขาแนะนำโครงกระดูกภายในที่ทำจากโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (LMPA) ซึ่งฝังอยู่ภายในหนังยาง โดยปกติ เมื่อยืดโลหะมากเกินไป โลหะจะงอถาวร แตก หรือยืดเป็นรูปร่างคงที่และใช้การไม่ได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยโลหะพิเศษนี้ที่ฝังอยู่ในยาง นักวิจัยได้เปลี่ยนกลไกความล้มเหลวทั่วไปให้กลายเป็นความแข็งแกร่ง เมื่อยืดออก คอมโพสิตนี้จะคงรูปร่างที่ต้องการได้อย่างรวดเร็ว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุขึ้นรูปอ่อนที่สามารถรับน้ำหนักได้ทันที
ในที่สุดวัสดุก็ต้องคืนโครงสร้างให้กลับเป็นแบบเดิม ที่นี่
ทีมงานได้ติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบอ่อนคล้ายไม้เลื้อยไว้ข้างๆ ตาข่าย LMPA เครื่องทำความร้อนทำให้โลหะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส (140 องศาฟาเรนไฮต์) หรือ 10 เปอร์เซ็นต์ของอุณหภูมิหลอมละลายของอะลูมิเนียม ผิวอีลาสโตเมอร์ช่วยยึดโลหะที่หลอมละลายให้อยู่กับที่ จากนั้นดึงวัสดุกลับคืนสู่รูปร่างเดิม ย้อนกลับการยืด ทำให้ได้คอมโพสิตที่นักวิจัยเรียกว่า หลังจากที่โลหะเย็นลง จะช่วยรักษารูปร่างของโครงสร้างอีกครั้ง “วัสดุผสมเหล่านี้มีโครงร่างโลหะฝังอยู่ในยางพร้อมตัวทำความร้อนแบบอ่อน ซึ่งการตัดที่ได้รับแรงบันดาลใจจากคิริกามิจะกำหนดอาร์เรย์ของคานโลหะ การเจียระไนเหล่านี้รวมกับคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการแปรสภาพ แก้ไขรูปร่างอย่างรวดเร็ว แล้วกลับคืนสู่รูปร่างเดิม” ฮวังกล่าว
นักวิจัยพบว่าการออกแบบคอมโพสิตที่ได้แรงบันดาลใจจากคิริงามินี้สามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนได้ ตั้งแต่ทรงกระบอกไปจนถึงลูกกลมๆ ไปจนถึงก้นพริกที่มีลักษณะเป็นหลุมเป็นบ่อ การเปลี่ยนรูปร่างสามารถทำได้อย่างรวดเร็ว: หลังจากกระทบกับลูกบอล รูปร่างจะเปลี่ยนและยึดเข้าที่ในเวลาน้อยกว่า 1/10 ของวินาที นอกจากนี้ หากวัสดุแตก มันสามารถรักษาได้หลายครั้งโดยการหลอมและเปลี่ยนโครงสร้างเอนโดสเกเลตันที่เป็นโลหะ
โดรนหนึ่งตัวสำหรับบกและในอากาศ อีกตัวหนึ่งสำหรับทะเล
แอปพลิเคชันสำหรับเทคโนโลยีนี้เพิ่งเริ่มต้นขึ้นเท่านั้น ด้วยการรวมวัสดุนี้เข้ากับพลังงาน การควบคุม และมอเตอร์ในตัว ทีมงานได้สร้างโดรนที่ใช้งานได้ซึ่งปรับเปลี่ยนจากยานพาหนะภาคพื้นดินสู่อากาศได้โดยอัตโนมัติ ทีมงานยังสร้างเรือดำน้ำขนาดเล็กที่ปรับใช้ได้ โดยใช้การแปรสภาพและการคืนตัวของวัสดุเพื่อดึงวัตถุออกจากตู้ปลาโดยการขูดส่วนท้องของเรือดำน้ำตามด้านล่าง
“เรารู้สึกตื่นเต้นกับโอกาสที่เนื้อหานี้นำเสนอสำหรับหุ่นยนต์มัลติฟังก์ชั่น วัสดุผสมเหล่านี้แข็งแรงพอที่จะทนต่อแรงจากมอเตอร์หรือระบบขับเคลื่อน แต่ยังสามารถปรับเปลี่ยนรูปร่างได้ง่าย ซึ่งช่วยให้เครื่องจักรสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้” Barron กล่าว
เมื่อมองไปข้างหน้า นักวิจัยมองเห็นภาพคอมโพสิตที่แปรเปลี่ยนได้ซึ่งมีบทบาทในสาขาใหม่ของหุ่นยนต์อ่อน เพื่อสร้างเครื่องจักรที่สามารถทำหน้าที่ที่หลากหลาย รักษาตัวเองหลังจากได้รับความเสียหายเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น และกระตุ้นแนวคิดต่างๆ ในส่วนติดต่อระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรและอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ .โครงการนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากรางวัล DARPA Young Faculty Awardและ Director’s Fellowship ของ Bartlett
credit: sharedknowledgesystems.com mitoyotaprius.net sefriends.net coachsfactorysoutletonline.net psychoanalysisdownunder.com coachfactoryoutletonlinestorez.net cheapshirtscustom.net marchcommunity.net gstools.org sougisya.net
