Các nhà nghiên cứu của NUS tạo ra một vật liệu kim loại mới cho Origami Robots. Giáo sư Chen Po-Yen (phải) và nghiên cứu sinh tiến sĩ Yang Haitao (trái) và nhóm của họ đã tạo ra một vật liệu kim loại mới cho robot mềm và linh hoạt. Hình ảnh: NUS
'Robot Origami' là những robot mềm và linh hoạt hiện đại đang được thử nghiệm để sử dụng trong các ứng dụng khác nhau bao gồm vận chuyển dược liệu trong cơ thể người, nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ trong môi trường thảm họa và cánh tay robot hình người.
Bởi vì những robot này cần phải linh hoạt, chúng thường được làm từ các vật liệu mềm như giấy, nhựa và cao su. Để thực hiện chức năng, các cảm biến và các thành phần điện thường được thêm vào đầu, nhưng chúng hết sức kình càng cho các thiết bị.
Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã phát triển một phương pháp mới để tạo ra một vật liệu dựa trên kim loại mới để sử dụng cho những robot mềm này.
Kết hợp các kim loại như bạch kim với giấy bị cháy (tro), vật liệu mới có khả năng nâng cao trong khi vẫn duy trì khả năng gập và các tính năng nhẹ của giấy và nhựa truyền thống. Trên thực tế, vật liệu mới này nhẹ bằng một nửa so với giấy, điều này cũng giúp nó tiết kiệm điện hơn.
Những đặc điểm này làm cho vật liệu này trở thành một ứng cử viên nặng ký để tạo ra các chi giả linh hoạt và nhẹ, có thể nhẹ hơn tới 60% so với các vật liệu khác. Các bộ phận giả như vậy có thể cung cấp cảm biến di truyền theo thời gian thực để đưa ra phản hồi về mức độ uốn cong của chúng, giúp người dùng kiểm soát tốt hơn và thông tin ngay lập tức.
NUS tạo ra vật liệu kim loại mới cho robot mềm được sử dụng trong các nhiệm vụ giải cứu.
Xương sống kim loại nhẹ này nhẹ hơn ít nhất ba lần so với các vật liệu thông thường được sử dụng để chế tạo robot origami. Nó cũng tiết kiệm năng lượng hơn, cho phép robot origami hoạt động nhanh hơn bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn 30%. Hơn nữa, vật liệu mới này có khả năng chống cháy, khiến nó phù hợp để chế tạo robot hoạt động trong môi trường khắc nghiệt vì nó có thể chịu được cháy ở khoảng 800 ° C trong tối đa 5 phút.
Là một lợi thế bổ sung, vật liệu dẫn điện mới có khả năng sưởi ấm địa nhiệt theo yêu cầu – gửi điện áp qua vật liệu khiến nó nóng lên, giúp ngăn ngừa thiệt hại đóng băng khi robot làm việc trong môi trường lạnh. Những đặc tính này có thể được sử dụng trong việc tạo ra các robot tìm kiếm và cứu hộ linh hoạt, nhẹ có thể đi vào các khu vực nguy hiểm trong khi cung cấp thông tin phản hồi và liên lạc theo thời gian thực.
Vật liệu dựa trên kim loại được sản xuất thông qua một quy trình mới được phát triển bởi nhóm có tên là 'tổng hợp tạo khuôn bằng oxit graphene'. Đầu tiên giấy cellulose được ngâm vào dung dịch graphene oxide, trước khi nhúng nó vào dung dịch làm từ các ion kim loại như bạch kim. Vật liệu này sau đó được đốt trong khí trơ, argon, ở 800 ° C và sau đó ở 500 ° C trong không khí.
Sản phẩm cuối cùng là một lớp kim loại mỏng – 90 micromet (? M), hoặc 0,09mm – được tạo thành từ 70% bạch kim và 30% carbon vô định hình (tro) đủ linh hoạt để uốn, gập và kéo dài . Bước đột phá nghiên cứu quan trọng này đã được công bố trên tạp chí khoa học Science Robotics vào ngày 28 tháng 8 năm 2019. Các kim loại khác như vàng và bạc cũng có thể được sử dụng.
Giáo sư Chen Po-Yen đã sử dụng một mẫu cellulose được cắt ra theo hình con phượng hoàng cho nghiên cứu của mình. 'Chúng tôi được truyền cảm hứng từ sinh vật thần thoại. Giống như phượng hoàng, nó có thể bị đốt thành tro và tái sinh để trở nên mạnh mẽ hơn trước', Giáo sư Chen, từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học của NUS cho biết.
Xương sống dẫn điện cho robot origami thông minh hơn
Vật liệu của nhóm có thể hoạt động như các xương sống ổn định về cơ học, mềm và dẫn điện, trang bị cho robot khả năng cảm biến và giao tiếp căng thẳng mà không cần thiết bị điện tử bên ngoài. Có tính dẫn điện có nghĩa là vật liệu này hoạt động như ăng ten không dây của chính nó, cho phép nó giao tiếp với người vận hành từ xa hoặc các robot khác mà không cần các mô-đun giao tiếp bên ngoài. Điều này mở rộng phạm vi của robot origami, chẳng hạn như làm việc trong môi trường có nguy cơ cao (ví dụ như sự cố tràn hóa chất và thảm họa hỏa hoạn) dưới dạng robot điều khiển từ xa hoặc hoạt động như cơ bắp nhân tạo hoặc cánh tay robot hình người.
Trong các bước tiếp theo của nghiên cứu, Giáo sư Chen và nhóm của ông đang xem xét bổ sung thêm nhiều chức năng cho xương sống kim loại. Một hướng đi đầy hứa hẹn là kết hợp các vật liệu hoạt động điện hóa để chế tạo các thiết bị lưu trữ năng lượng sao cho vật liệu đó là pin riêng của nó, cho phép tạo ra các robot tự cấp nguồn. Nhóm nghiên cứu cũng đang thử nghiệm với các kim loại khác như đồng, sẽ giảm chi phí sản xuất vật liệu.
