ENG: Roboticists have been using a technique similar to the ancient art of paper folding to develop autonomous machines out of thin, flexible sheets. These lightweight robots are simpler and cheaper to make and more compact for easier storage and transport. However, the rigid computer chips traditionally needed to enable advanced robot capabilities — sensing, analyzing and responding to the environment — add extra weight to the thin sheet materials and makes them harder to fold. The semiconductor-based components therefore have to be added after a robot has taken its final shape. Now, a multidisciplinary team led by researchers at the UCLA Samueli School of Engineering has created a new fabrication technique for fully foldable robots that can perform a variety of complex tasks without relying on semiconductors.

By embedding flexible and electrically conductive materials into a pre-cut, thin polyester film sheet, the researchers created a system of information-processing units, or transistors, which can be integrated with sensors and actuators. They then programmed the sheet with simple computer analogical functions that emulate those of semiconductors. Once cut, folded and assembled, the sheet transformed into an autonomous robot that can sense, analyze and act in response to their environments with precision. The researchers named their robots “OrigaMechs,” short for Origami MechanoBots.

Using the new approach, the team built three robots to demonstrate the system’s potential: an insect-like walking robot that reverses direction when either of its antennae senses an obstacle, a Venus flytrap-like robot that envelops a “prey” when both of its jaw sensors detect an object, and a reprogrammable two-wheeled robot that can move along pre-designed paths of different geometric patterns.

RO: Până acum, roboticienii foloseau o tehnică similară cu arta antică a împăturitului hârtiei pentru a dezvolta mașini autonome din foi subțiri și flexibile. Acești roboți ușori sunt simplu și ieftin de realizat, fiind mai compacți pentru a fi ușor de depozitat și transportat. Cu toate acestea, cipurile de calculator rigide necesare în mod tradițional pentru a permite capacitățile avansate ale roboților – detectarea, analiza și reacția la mediul înconjurător – adaugă o greutate suplimentară la materialele subțiri din foi și le face mai greu de pliat. Prin urmare, componentele bazate pe semiconductori trebuie adăugate după ce robotul a căpătat forma finală. Acum, o echipă multidisciplinară condusă de cercetători de la Școala de Inginerie Samueli din cadrul UCLA a creat o nouă tehnică de fabricare pentru roboți complet pliabili care pot îndeplini o varietate de sarcini complexe fără a se baza pe semiconductori.

Prin încorporarea unor materiale flexibile și conductoare de electricitate într-o foaie de film de poliester subțire pretăiată, cercetătorii au creat un sistem de unități de procesare a informației, sau tranzistori, care pot fi integrate cu senzori și actuatori. Ei au programat apoi foaia cu funcții analogice simple de calculator care le imită pe cele ale semiconductorilor. Odată tăiată, pliată și asamblată, foaia s-a transformat într-un robot autonom care poate simți, analiza și acționa ca răspuns la mediul înconjurător cu precizie. Cercetătorii și-au numit roboții “OrigaMechs”, prescurtare de la Origami MechanoBots.

Folosind noua abordare, echipa a construit trei roboți pentru a demonstra potențialul sistemului: un robot asemănător unei insecte care își inversează direcția atunci când oricare dintre antenele sale detectează un obstacol, un robot asemănător cu o capcană pentru muște Venus, care înfășoară o “pradă” atunci când ambii senzori ai fălcii sale detectează un obiect, și un robot reprogramabil cu două roți care se poate deplasa de-a lungul unor trasee predefinite cu diferite modele geometrice.

Source (UCLA, “Origami-Inspired Robots Can Sense, Analyze and Act in Challenging Environments”, 03.04.2023)

Paper: Yan, W., Li, S., Deguchi, M., Zheng, Z., Rus, D. and Mehta, A., 2023. Origami-based integration of robots that sense, decide, and respond. Nature Communications, 14(1), p.1553.