Muscle robotique et doigts de polymère sensibles dans Laboratoires de robotique de l’Université Columbia

Ars s’entretient avec Hod Lipson à propos de la “navigation à l’ouest” dans l’inconnu eaux de la robotique. Cliquez pour la transcription.

La recherche a traditionnellement été décomposée selon des lignes simples. Il y a des recherches fondamentales sur le fonctionnement du monde, et il y a la recherche appliquée qui tente de prendre ces idées et faire quelque chose d’utile d’eux. Les deux ont une fin très différente objectifs et nécessitent des approches très différentes de la recherche processus.

Mais il y a une grande zone grise entre les deux, où l’approche est plus appliquée, mais l’objectif final peut être un peu plus que «faire quelque chose de cool “: des choses comme des robots volants ou un ordinateur 3D des affichages qui reposent sur des perles lévitées par des lasers. Comment les chercheurs trouver la direction pour ces défis d’ingénierie ouverts?

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Des chercheurs construisent des robots volants miniatures, à l’image de Drosophila

La réponse est “ça dépend”. C’est la réponse que nous avons eue quand nous avons eu la chance de visiter une partie de la robotique de l’Université Columbia Des laboratoires.

Naviguer vers l’ouest

Le laboratoire de Hod Lipson est inspiré par une question apparemment simple qu’il à un moment de notre entretien: “Pouvez-vous imprimer en 3D un robot qui peut sortir de l’imprimante, piles incluses? “Pour y arriver, Cependant, son approche est de se diriger vers l’inconnu – “il suffit de naviguer ouest, “comme il l’a dit. En conséquence, notre temps dans le laboratoire inclus discussions sur des projets comme l’utilisation de drones pour identifier les cultures sont endommagés par des infestations et l’utilisation d’imprimantes 3D pour créer de la nourriture élaborée.

La nourriture imprimée en 3D a été créée parce que les gens du laboratoire utilisaient des aliments comme le fromage à la crème en remplacement des matériaux d’impression avec viscosités similaires. La substitution leur a permis de tester si certains les conceptions étaient réalisables en utilisant un matériau jetable bon marché. Mais l’équipe a finalement cessé d’en disposer, a ajouté un plus grand variété d’ingrédients d’impression, et a commencé à expérimenter avec “cuisiner” leurs créations dans une forme 3D précise à l’aide de lasers.

Mais, alors que Lipson est content que son laboratoire fasse des détournements, il se soucie-t-il de la robotique et, plus précisément, de l’endroit où elle se pose? court. Mise en évidence d’une série de résultats d’une robotique DARPA défi, il a déclaré que “AI n’a pas encore payé ses contributions dans le vrai monde “, et il dit à Ars que beaucoup de logiciels” pourrait marcher dans un simulateur mais pas dans la réalité. “Une de ses solutions est de donner la logiciel de meilleurs muscles artificiels pour travailler avec.

Une solution proposée par son laboratoire ressemble à la nourriture imprimée en ce sens qu’il repose sur des matériaux courants et peu coûteux. Le muscle est fait par mélanger un gel de silice liquide avec de l’alcool. Lorsque le gel prend, il piège beaucoup de bulles d’alcool en son sein. Quand courant est exécuté à travers un fil chauffant intégré, cet alcool se vaporise, provoquant la silice à se développer de façon spectaculaire. Membre du laboratoire LipsonAslan Miriyev a montré comment il était possible de créer l’un de ces muscles artificiels en environ une demi-heure.

Bien que cette méthode génère naturellement une force expansive, il est également possible de le convertir en contraction. Miriyev a intégré le “muscle” dans un maillage puissant normalement utilisé pour loger les câbles informatiques. En se développant, le maillage s’est dilaté latéralement, forçant ses deux se termine à se contracter l’un envers l’autre. Bien que progressif, Lipson a déclaré que le le changement a finalement fini par entraîner une contraction égale à six fois ce qu’un muscle équivalent pourrait générer.

Concentré sur le sentiment

Si Lipson avait seulement une idée générale de l’endroit où il aimerait recherche à la tête, son collègue Matei Ciocarlie avait une vision claire: La main robotique de Luke à la fin de The Empire Strikes Back. Ciocarlie a expliqué à quel point cela donnait la sensation d’être fourré, permettant à Luke de réagir. Mais le sens du toucher de nos doigts plus que ça. Les doigts transmettent des informations sur la pression exercée nous exerçons et si nous avons une bonne adhérence sur une surface. Les mains robotiques actuelles n’ont pas ce niveau de sensation, mais Ciocarlie veut changer cela.

Son idée de changement implique l’intégration d’une petite lumière sources et capteurs optiques sur les bords d’un polymère. Dans leurs état normal, ceux-ci créent un motif de lumière stable dans le polymère lisible par les capteurs. Mais comme le polymère déforme – en étant piqué ou étiré – le motif de lumière atteignant chaque capteur changera, avec les détails en fonction de l’endroit où le des changements ont lieu. Cela crée un modèle compliqué de changements dans la lumière entrant dans les capteurs, ce qui peut être détecter diverses combinaisons de sources à la fois.

Ars parle avec ses camarades Ciocarlie de ses efforts pour construire une robotique mains. Cliquez pour la transcription.

Ciocarlie n’essaye même pas de calculer comment travailler en arrière de ces changements pour déterminer où sur le polymère cette force était être exercé. Au lieu de cela, son équipe forme des réseaux de neurones en utilisant un poker robotique qui permet au réseau de neurones de corréler la changements optiques avec des changements physiques spécifiques. Quand un réseau est formé, il est capable de saisir les données optiques et de comprendre ce qui se passe avec le polymère.

Bien que les chercheurs ne soient pas encore prêts à mettre le polymère sur le surface d’une main artificielle encore, ils ont d’autres liés à la prise projets se déroulant en même temps. Ciocarlie a exhibé une pince qui pourrait suivre combien de force il exerce, ainsi qu’un seul morceau de matériel qui pourrait adopter plusieurs poignées différentes malgré n’ayant qu’un seul actionneur. Il travaille même un peu de matériel que les victimes d’accident vasculaire cérébral peuvent sangle sur pour les aider à réapprendre comment contrôler leurs mains.

Mais il y a un seul thème qui traverse le travail du laboratoire et des endroits clairs où ils aimeraient aller. Il est facile de voir comment certains de ces projets pourraient être combinés en un seul morceau de Matériel.

Dans l’ensemble, il était difficile de ne pas être impressionné par le travail effectué dans ces deux laboratoires, même si leurs approches étaient spectaculaires différent. La zone grise entre la recherche fondamentale et appliquée permet les gens qui l’occupent beaucoup de liberté.

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