Однако жесткие компьютерные чипы, традиционно необходимые для обеспечения расширенных возможностей роботов - восприятия, анализа и реагирования на окружающую среду - добавляют дополнительный вес тонколистовым материалам и затрудняют их сгибание. Поэтому компоненты на основе полупроводников должны быть добавлены после того, как робот примет свою окончательную форму.

Теперь мультидисциплинарная команда, возглавляемая исследователями инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, создала новую технологию изготовления полностью складных роботов, которые могут выполнять множество сложных задач, не полагаясь на полупроводники. Исследование с подробным описанием результатов исследования было опубликовано в Сообщения о природе.

Встраивая гибкие и электропроводящие материалы в предварительно нарезанный лист тонкой полиэфирной пленки, исследователи создали систему блоков обработки информации, или транзисторов, которые могут быть интегрированы с датчиками и исполнительными механизмами. Затем они запрограммировали лист с помощью простых компьютерных аналоговых функций, которые имитируют функции полупроводников. После разрезания, складывания и сборки лист превращается в автономного робота, который может с точностью воспринимать, анализировать окружающую среду и действовать в соответствии с ней. Исследователи назвали своих роботов "Оригамехи", сокращение от механоботов оригами.

"Эта работа приводит к созданию нового класса роботов-оригами с расширенными возможностями и уровнем автономии при сохранении благоприятных характеристик, связанных с изготовлением на основе складывания оригами", - сказал ведущий автор исследования Вэньчжун Янь, докторант кафедры машиностроения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

OrigaMechs черпали свои вычислительные возможности из комбинации механических мультиплексных переключателей оригами, созданных с помощью foldes, и запрограммированных булевых логических команд, таких как "И", "ИЛИ" и "НЕТ". Переключатели включали механизм, который избирательно выдавал электрические сигналы в зависимости от переменного давления и подводимого тепла в систему.

Используя новый подход, команда создала трех роботов, чтобы продемонстрировать потенциал системы:

• насекомоподобный шагающий робот, который меняет направление, когда одна из его антенн обнаруживает препятствие
• робот, похожий на венерианскую мухоловку, который обволакивает "добычу", когда оба его челюстных датчика обнаруживают объект
• перепрограммируемый двухколесный робот, который может передвигаться по заранее разработанным траекториям с различными геометрическими узорами

Хотя для демонстрации роботы были привязаны к источнику питания, исследователи заявили, что долгосрочной целью будет оснащение автономных роботов-оригами встроенной системой накопления энергии, питающейся от тонкопленочных литиевых батарей.

Конструкция без чипов может привести к созданию роботов, способных работать в экстремальных условиях - сильных радиационных или магнитных полях, а также в местах с интенсивными радиочастотными сигналами или высокими электростатическими разрядами, - где традиционная электроника на основе полупроводников может выйти из строя.

"Подобные опасные или непредсказуемые сценарии, например, во время стихийных бедствий или техногенных катастроф, могут оказаться особенно полезными для роботов-оригами", - сказал ведущий исследователь Анкур Мехта, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и директор лаборатории встроенных машин и вездесущих роботов Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

"Роботы могли бы быть спроектированы для специальных функций и изготовлены по требованию очень быстро", - добавил Мехта. "Кроме того, хотя это очень далеко, на других планетах могут быть условия, где роботы-исследователи, невосприимчивые к таким сценариям, были бы очень желательны".

Предварительно собранные роботы, созданные с помощью этой гибкой технологии разрезания и складывания, могут транспортироваться в плоской упаковке для значительной экономии места. Это важно в таких сценариях, как космические полеты, где важен каждый кубический сантиметр. Недорогие, легкие и простые в изготовлении роботы также могут привести к созданию инновационных образовательных инструментов или новых типов игрушек и игр.

Другими авторами исследования являются студент бакалавриата Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Маурисио Дегучи и аспирант Чжаолян Чжэн, а также робототехники Шугуан Ли и Даниэла Рус из Массачусетского технологического института.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом. Ян и Мехта подают заявку на патент через Группу разработки технологий Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.