Содержание
Крошечный робот-оригами ползает по органам и плавает по организму
Новости
14 июня 2022
Далее
Александр
Шереметьев
новостной редактор
Александр
Шереметьев
новостной редактор
Инженеры создали крошечных беспроводных роботов для доставки лекарств, которые способны и ползать, и плавать в различных средах организма. В основе разработки, описанной в статье в Nature Communications, используется техника оригами.
Читайте «Хайтек» в
Группа инженеров из Стэнфордского университета создала крошечного робота-амфибию.
Устройство основано на принципах схемы оригами Креслинга. Робот перемещается при помощи магнитных полей, которые создают крутящий момент, управляют конфигурацией и направлением движения.
Техника оригами не впервые используется для создания роботов. Например, «Хайтек» уже писал о разработке этой же группой ученых робота-гусеницы для проведения эндоскопии и биопсии. Преимущество нового робота в его способности адаптироваться к различным средам. Это устройство может, как показывают в своей работе исследователи, быстро перемещаться по гладким и неровным поверхностям органа и плавать в жидкостях организма.
Видео: Zhao Lab, Stanford University
По словам исследователей, недостаток большинства современных миниатюрных роботов-оригами в том, что они требуют отдельных устройств для управления движением и выполнения своей функции, например, доставки лекарства. Свое устройство авторы «амфибии» проектировали таким образом, чтобы форма устройства не только отвечала за движение, но и выполняла полезные задачи.
Разработанная инженерами структура позволяет роботу в «разобранном» состоянии легко перемещаться по различным поверхностям. А достигнув своей цели, «амфибия» складывается как гармошка и выдавливает лекарства. Как отмечают исследователи, такой подход позволяет минимизировать размер устройства, исключив любые дополнительные модули. Чем меньше робот, тем менее инвазивной будет медицинская процедура, добавляют разработчики.
Видео: Zhao Lab, Stanford University
Второй универсальный конструкционный механизм: сочетание геометрических элементов. Как объясняют создатели, продольное отверстие в центре робота и боковые прорези, расположенные по бокам под углом вверх, снижают сопротивление воды и помогают роботу лучше плавать. И эти же механизмы используются для всасывания «груза».
Эта конструкция создает отрицательное давление в роботе для быстрого плавания и в то же время обеспечивает всасывание в процессе погрузки и транспортировки груза. Мы в полной мере используем геометрические особенности этого маленького робота и работаем над единой структурой для различных приложений и функций.
Рене Чжао, инженер-механик из Стэнфордского университета и руководитель исследования
Сейчас новая разработка проходит стадию предварительных испытаний для медицинского использования. Исследователи планируют в ближайшее время перейти к тестированию на живых животных, предшествующей клиническим испытаниям.
Изображение обложки: Zhao Lab, Stanford University
Читать далее
Японцы сбросили гигантскую турбину в океан, чтобы получать бесконечную энергию от течения
Астрономы из Японии нашли в галактике неизвестную структуру
Исследователи сняли на видео «скрытую» экосистему антарктической реки
Читать ещё
Самособирающиеся роботы-оригами — первые шаги в направлении технологий роботов-трансформеров
Группа исследователей из Школы технических и прикладных наук Гарвардского университета (Harvard’s School of Engineering and Applied Sciences) создала робота, который, используя принципы оригами, может самостоятельно самособраться или изменять свою форму.
Несмотря на кажущуюся простоту использованных технологий, она, эта технология, является первым и достаточно значимым шагом на пути к созданию настоящих роботов-трансформеров, которые смогут, перестраивая себя без участия людей, адаптироваться к изменениям окружающей их среды и к особенностям выполняемой ими работы.
«Представьте себе стопку таких заготовок роботов-оригами, упакованную настолько плотно, насколько это возможно. Доставленные к месту назначения, которое может находиться и на другой планете, эти роботы могут собрать сами себя и приступить к выполнению самых различных задач, таких, как проведение фото- и видеосъемки, сбор образцов, проведение замеров и т.п.» — рассказывает Сэм Фелтон (Sam Felton), один из исследователей, принимавший участие в создании роботов-оригами.
Основной костяк группы, занимавшейся разработкой роботов-оригами, составили исследователи из Гарварда, совместно с которыми работали инженеры и программисты из Отдела разработки биовдохновленных устройств института Вайса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) и Массачусетского технологического института.
Совместными усилиями были изучены принципы самосборки, существующие в природе, такие, как свертка аминокислот в сложные белки.
Роботы-оригами изготовлены из плотной бумаги и из специального пластика Shrinky Dinks, который полимеризуется и становится твердым при нагреве. Заготовки этих роботов представляют собой плоские листы с разрезами и пластиковыми вставками, расположенными в необходимых местах. Вышеупомянутым вставкам заранее придана необходимая форма, которая ими будет принята при последующем нагреве. А управляет всем этим делом микроконтроллер, черпающий энергию из двух аккумуляторных батарей. Кроме этого, батареи являются источником энергии для двух миниатюрных двигателей, которые заставляют двигаться робота после завершения процедуры его самосборки.
Следует отметить, что для того, чтобы получить работоспособную конфигурацию этого достаточно сложного электромеханического устройства группе исследователей пришлось создать более 40 опытных образцов.
Когда робот-оригами активируется, то его контроллер включает нагревательные элементы, располагающиеся близ пластиковых вставок.
Пластик при этом полимеризуется и принимает приданную ему ранее форму. Весь этот процесс занимает приблизительно четыре минуты, после чего контроллер включает двигатели и управляет движениями робота, который перемещается со скоростью около 160 метров в час.
Исследователи считают, что конечной целью этих исследований является разработка технологии, при помощи которой каждый человек сможет заказать себе одноразового робота, способного выполнить определенную работу.
«Используя определенные программы, прямо из дому вы сможете описать то, в чем вы нуждаетесь в данный момент. И пока вы будете добираться к ближайшей специализированной мастерской, автоматический помощник будет уже дожидаться вас там» — рассказывает Сэм Фелтон, — «Такие недорогие одноразовые роботы-помощники, которые, выполнив свою задачу, прекращают свое существование, могут быть более выгодны, нежели большие универсальные роботы, которым требуется энергия, периодическое обслуживание и которые имеют достаточно высокую стоимость».
Проглатываемый робот-оригами | MIT News
В ходе экспериментов, включающих моделирование пищевода и желудка человека, исследователи из Массачусетского технологического института, Шеффилдского университета и Токийского технологического института продемонстрировали крошечного робота-оригами, который может разворачиваться из проглоченной капсулы и управляться внешними воздействиями. магнитные поля, ползать по стенке желудка, чтобы извлечь проглоченную батарейку-таблетку или залатать рану.
Новая работа, которую исследователи представляют на этой неделе на Международной конференции по робототехнике и автоматизации, основана на длинной череде статей о роботах-оригами, подготовленных исследовательской группой Даниэлы Рус, профессора Эндрю и Эрны Витерби на кафедре Массачусетского технологического института.
Электротехника и информатика.
«Очень интересно видеть, как наши маленькие роботы-оригами делают что-то потенциально важное для здравоохранения», — говорит Рус, который также руководит Лабораторией компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL). «Для приложений внутри тела нам нужна небольшая, управляемая, непривязанная роботизированная система. Очень сложно управлять роботом и помещать его внутрь тела, если робот привязан к тросу».
Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали крошечного робота-оригами, который может разворачиваться из проглоченной капсулы и, управляемый внешними магнитными полями, ползать по стенке желудка, чтобы извлечь проглоченную батарейку-таблетку или залатать рану.
Вместе с Русом в работе над статьей принимают участие первый автор Шухей Мияшита, который на момент завершения работы был постдоком в CSAIL, а сейчас преподает электронику в Йоркском университете в Англии; Стивен Гитрон, аспирант в области машиностроения; Шугуан Ли, постдок CSAIL; Казухиро Йошида из Токийского технологического института, который был в творческом отпуске в Массачусетском технологическом институте, когда работа была закончена; и Дана Дамиан из Шеффилдского университета в Англии.
Хотя новый робот является преемником робота, представленного на той же конференции в прошлом году, конструкция его тела существенно отличается. Как и его предшественник, он может двигаться, используя так называемое «прерывистое скольжение», при котором его придатки прилипают к поверхности за счет трения, когда он выполняет движение, но снова скользит, когда его тело сгибается, чтобы изменить распределение веса.
Также как и его предшественник — и как несколько других роботов-оригами от группы «Русь» — новый робот состоит из двух слоев конструкционного материала, прослоенного материалом, который сжимается при нагревании. Рисунок прорезей во внешних слоях определяет, как робот будет складываться, когда средний слой сжимается.
Разница в материалах
Предполагаемое использование робота также потребовало множества структурных модификаций. «Прилипание работает только тогда, когда, во-первых, робот достаточно мал, а во-вторых, робот достаточно жесткий», — говорит Гитрон.
«Исходный дизайн Mylar был намного жестче, чем новый дизайн, основанный на биосовместимом материале».
Чтобы компенсировать относительную пластичность биосовместимого материала, исследователям пришлось придумать конструкцию, в которой требовалось меньше прорезей. При этом складки робота увеличивают его жесткость по определенным осям.
Но поскольку желудок заполнен жидкостью, робот не полностью полагается на прерывистое движение. «По нашим расчетам, 20 процентов поступательного движения приходится на движение воды — тягу, а 80 процентов — на прерывистое движение», — говорит Мияшита. «В связи с этим мы активно внедряли и применяли концепцию и характеристики киля к конструкции корпуса, что вы можете увидеть в относительно плоской конструкции».
Также должна быть возможность сжать робота настолько, чтобы он мог поместиться внутри капсулы для проглатывания; точно так же, когда капсула растворялась, силы, действующие на робота, должны были быть достаточно сильными, чтобы заставить его полностью раскрыться.
С помощью процесса проектирования, который Гитрон описывает как «в основном методом проб и ошибок», исследователи пришли к прямоугольному роботу со складками гармошкой, перпендикулярными его длинной оси, и защемленными углами, которые действуют как точки тяги.
В центре одной из передних складок гармошки находится постоянный магнит, реагирующий на изменение магнитных полей вне тела, управляющих движением робота. Силы, прикладываемые к роботу, в основном вращательные. Быстрое вращение заставит его вращаться на месте, но более медленное вращение заставит его вращаться вокруг одной из фиксированных ножек. В экспериментах исследователей робот использует тот же магнит, чтобы подобрать батарейку-таблетку.
Прецеденты свиней
Исследователи протестировали около десятка различных вариантов конструкционного материала, прежде чем остановились на типе высушенных свиных кишок, используемых в колбасных оболочках. «Мы провели много времени на азиатских рынках и рынке Чайнатауна в поисках материалов, — говорит Ли.
Усадочный слой представляет собой биоразлагаемую термоусадочную пленку под названием Biolefin.
Чтобы спроектировать синтетический желудок, исследователи купили желудок свиньи и проверили его механические свойства. Их модель представляет собой открытый поперечный разрез желудка и пищевода, отлитый из силиконовой резины с одинаковым механическим профилем. Смесь воды и лимонного сока имитирует кислую жидкость в желудке.
Каждый год только в США регистрируется 3500 проглоченных батареек-таблеток. Часто батарейки перевариваются нормально, но при длительном контакте с тканью пищевода или желудка они могут вызвать электрический ток с образованием гидроксида, сжигающего ткани. Мияшита применил умную стратегию, чтобы убедить Руса в том, что извлечение проглоченных батареек-таблеток и лечение полученных ран было убедительным применением их робота-оригами.
«Шухей купил кусок ветчины, а батарею на ветчину поставил», — говорит Рус. «В течение получаса батарея была полностью погружена в ветчину.
Это заставило меня понять, что да, это важно. Если в вашем теле есть батарейка, вы действительно хотите, чтобы она вышла как можно скорее».
«Эта концепция одновременно очень креативна и практична, и она элегантно решает клинические потребности», — говорит Брэдли Нельсон, профессор робототехники в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе. «Это одно из самых убедительных применений роботов-оригами, которые я когда-либо видел».
Как сделать оригами роботов
Мы любим поделки оригами! Есть что-то в том, чтобы видеть, как лист бумаги шаг за шагом превращается во что-то действительно волшебное. Недавно мы сделали этих оригами-роботов , и я подумал, что они такие милые, что должен поделиться ими здесь! Если вашему ребенку нравятся трансформеры или роботы, эта поделка из бумаги для вас.
Как сложить робота-оригами
Примечание. Этот пост содержит партнерские ссылки. Это означает, что я вношу небольшие изменения, когда вы покупаете товары по ссылкам.
Спасибо за поддержку и деньги на продукты! Чтобы ознакомиться с моей политикой полного раскрытия информации, нажмите 9.0047 здесь.
Недавно мы путешествовали, и я купил своему сыну календарь оригами на 2018 год . Они такие забавные, потому что у них есть новая серия инструкций по оригами на каждый день года. (Вам не нужно покупать бумагу, потому что вы используете страницы календаря, чтобы складывать инструкции. Круто, правда?) Моему сыну нравится свой календарь, и он всегда показывает мне свои забавные творения оригами.
Инструкции для сегодняшнего робота-оригами представляют собой слегка измененный набор инструкций, разработанный Марком Киршенбаумом. (Вы можете увидеть все его работы оригами здесь .)
Пошаговые инструкции по складыванию робота Easy Origami
Возьмите маркеры Sharpie и бумагу для оригами . (Нам нравится этот тип Daiso, потому что он имеет массу цветов И ваши бумажные листы все белые с одной стороны и цветные с другой.
Кажется, что некоторые из более дешевых брендов имеют одинаковый цвет только с обеих сторон.)
1 . Положите лист бумаги цветной стороной вверх. Сложите его пополам. Откройте бумагу.
2. Сложите два нижних угла вот так.
3. Переверните бумагу.
4. Затем загните углы следующим образом:
5. Вытяните два нижних угла следующим образом: (Теперь у вас есть белый перевернутый квадрат/ромб сверху.)
6. Отогните верхнюю часть, как показано ниже:
.
7. Переверните его.
8. Затем загните два верхних угла следующим образом:
9. Переверните его так:
.
10. Обеими руками поднимите белый ромб (квадрат, расположенный сбоку) и согните его вверх так, чтобы при нажатии вниз получилось следующее: (Это кажется сложным, но сложите/отверните только верхний белый квадратный слой вашего оригами.