Xem mẫu
- ng d t s trong thi t k
robot thân m m
T c Tùng
Nghiên c u sau ti i h c Tokyo, Tokyo, Nh t B n
TÓM T T:
Robot thân m m (Soft-bodied Robot) là m ng nghiên c u m i
trong ngành thi t k robot. Khác v i robot truy n th c làm
b ng các v t li u c ng, robot thân m m d a vào các tính ch t m m
d o, bi n d ng, ho i c a v t li thi t k u khi n
ho ng c c tính d dàng thích ng v i s i
Tác gi : hình d phù h p v ng xung quanh, robot thân m m
TS. T c Tùng phù h p cho nh ng nhi m v i con
i, khám phá, và quan tr ng. Trong h u h t các thi t
i h c Tokyo,
k , robot thân m c h p thành b i m t kh i v t li u
Nh t B n
m m liên t u này khi n cho robot thân
Email:tung@akg.t.u-tokyo.ac.jp m m có th d c ch t o hàng lo t b ng các công ngh gia
t s (Digital Fabrication). Bài vi t này s m qua m t
T u sau s công ngh ts cs d thi t k , ch t o,
ti n s t n và H th ng Thông u khi n robot thân m m. Nh c l y c m h ng
i h c Tokyo. T c Tùng t p trung t c c n trùng) và bò
nghiên c u các m ts , sát (r n). Các công ngh thu t s c nh n trong
ch t o m n m m d o, và robot thân bài vi t bao g m: m c d n và in m n lên gi y, in 3D v t
m m. Tùng nh n b ng ti n s li i, tích h p gia công m n vào chu trình in 3D.
và th c s n t Vi n
i h c Tokyo. Tùng t t nghi p t
Ph n m m thu i T khóa: robot thân m m, m c d ts
h n Tùng là
thành viên c a ACM, IEEE, IEICE, IPSJ, 1. Gi i thi u
SICE, và VANJ. Nghiên c u robot là m t trong nh ng ngành th m nh c a Nh t
B c bi t nh ng cánh tay robot c
c s d ng h t s c ph bi n trong các ngành công
nghi p ch t nl m
b o tính chính xác trong các thao tác, robot truy n th c ch
t o t các v t li u c u này ph n nào h n ch kh
ng v i s ic ng xung quanh. Xu t phát t th c
t t nhánh m i c a ngành nghiên c u robot - robot thân m m
- iv ng s d ng các v t li u m m d
thi t k , ch t u khi iv i chúng, m t ví d
n hình c ng robot thân m m có th tìm th y trong nhân
v i máy Baymax (t b phim ho t hình ), m t
robot c ch t o t m t bong bóng khí có th c
tác v i. Tuy nhiên, trong gi i nghiên c ng v
robot thân m c manh nha t khá lâu v i nh ng th nghi m
uv u ch p hành m m [1]
c u v robot thân m ur t phá m i.
u c a Whitesides t Harvard trình
bày m t robot hình sao 4 cánh [2], v i toàn b c làm t
u khi n b i các khoang và ng d n khí (Pneumatic
actuator). Nghiên c c nhánh robot thân m
trong th i gian ng i s ph c p c a công ngh in 3D,
nhi u nhóm nghiên c dàng ch t o các robot thân m m
khác, góp ph y các thành qu khám phá c a vi c thi t k
u khi n robot thân m m. Có nhi u nguyên nhân khi n robot
thân m c s chú ý c a gi i nghiên c u robot.
https://doi.org/10.15625/vap.2021.0012
84
- M ts m có th k gi tin r ng vi t t p trung vào công ngh
thu t s s i nhi u giá tr c.
Robot thân m m d i hình d phù
h pv ng. 2. M t s nghiên c u v ng d t
c tính m i c a v t li u, robot thân s trong robot thân m m
m m an i. 2.1 M c in d n - Instant Inkjet Circuits
Do robot thân m ng là m t kh i v t li u M cd c phát tri n t lâu. Tuy nhiên, h u
m m liên t c, nó d c ch t o và tùy bi n h t các m c in d uc n quá trình nung k t
b ng các công c ts . v i nhi t 180°C - 250°C. Không có quá trình
nung k t này thì m u in s không tr nên d c
Tuy nhiên, bên c nh các l m h p d n, thì thi t k m này làm gi i h v t li u n n (substrate)
robot thân m ng th thách c n ph i khi in m uc a
nghiên c ng. M c dù toàn b i thi u lo i m c in d n
c làm b ng v t li u m m d u ch p hành v i có th c nung k t nhi phòng (20°C) [3].
và c m bi n hi n có trên th ng l c ch y u M c này (Silver Nano- c s n xu t b i
làm t v t li u c ng. Nh ng chi ti t b ph n này ch Mitsubishi Paper Mills có m t s mn ib
thích h p cho ch t o robot c ng b sau:
ph n này tích h p vào robot thân m m, do s không
a tính ch c c a v t li u, robot M c b c nano: m c h p thành b i các h t b c
thân m m ch t o ra s b gi i h n v kh u c 4 nm.
khi n và ph m vi ho ng. Ngoài ra, do tính ch t liên M c có th c in b ng b t c
t cc ak tc u u khi n chính xác hành vi phòng nào.
c a robot thân m m là m t th thách l i v i c ng M cd n có th in lên ch t li u gi y nh s n có.
ng nghiên c u robot thân m m. M my un a B n in s tr nên d n ch ít giây sau khi in
c a robot thân m m n m hi nhi phòng.
l ng mà robot thân m m có th s n M d n c a b n in c i thi u so
sinh khi ho ng. Tính t i th m hi n t i, l c tác v i các lo i m c in d
ng s n sinh b i robot thân m ng y
v i robot truy n th S d ng m c b c này, nhóm nghiên c u có th nhanh
robot truy n th ng thì chính xác và m nh m , còn chóng in m n, c m bi m, c m bi n ch m,
robot thân m m, m c dù uy n chuy iy u ng t sóng
u khi n. Tìm ki m gi i pháp cho nh ng n t . Ngoài ra, n u s d ng k t qu nghiên c u v
m y u nêu trên c a robot thân m ch t o m n nhi u l p t m c b c [4], chúng ta
ac ng nghiên c u robot thân có th in nhi u ng d ng ph c t n
m m Nh t B n. Bài vi c p h t các LED, loa t gi y, ho c cu dùng trong các ng
v nêu trên, s th o lu n và gi i thi u v ng d ng d ng truy n không dây (xem thêm Hình 1).
c a các công ngh t s trong thi t k
ch t o robot thân m m. Thi 2.2 In 3D v i m c in d n
s ph c p c a ph n m i i dùng m t b công c
cho Vi t Nam hoà mình vào dòng ch y công ngh c a m nh m ch tác các mô hình 3D m t cách nhanh
th gi i, s ph bi n c a các thi t b t chóng và chính xác. Tuy nhiên, h u h t các các máy in
s ng m i m i cho các ngành ch t o và u ch t p trung vào nâng cao kh o hình.
nghiên c c ti p c n và hòa nh p v i trình Có m t nhu c t ra là ngoài vi c in hình 3D, li u
nghiên c u s n xu t c a th gi i. Chính vì v y tác máy in 3D có th in luôn c các thành ph n ch
Hình 1 M t s ng d ng c a m c d n nano b c
85
- Hình 2: M t s thành ph m c i m c in d n
n, c m bi u ch p hành hay u [6] - trình bày t i ICRA 2019 -
không? M t s máy in 3D ti p c n v in m n xu t dùng c m bi u ch c
b ng cách dùng nguyên li u là nh a PLA ch a carbon b ng m c b thi t k ch t o robot thân m m.
in các thành ph n d n tr Nói m n thì b n in b ng m c d n
su t c a lo i nguyên li u này khá cao nên m n s n tr khi b u n cong. L i d m
in ra b gi i h n r t nhi u v ch này, nhóm tác gi t k c m bi n u n cong b ng
vi c in m n tr b ng m c b c. Nhóm tác gi
T m ng ti p c n khác, nghiên c u có t a PEP nh n ra r ng t m n in m c b c d n là m t
(3D Printed Electronic Papercrafts) [5] v tích h p các c u trúc nhi u l i l p l i có m t h ng s
thành ph n ch i thi u t i giãn n vì nhi t khác nhau. L i d u này, nhóm
h i th xu t dùng k t h p m c tác gi ã in m t t m phát nhi t b ng m c b c. Khi
b cd n gi i thi u ph pháp gia m c t m phát nhi t này vào ngu n, b n in s nóng
in lên và t u n cong do s khác nhau v h ng s giãn n
mô hình 3D v i m n bên trong. Quá trình in 3D vì nhi t c a các l p gi y in. Khi t m n n t u n cong
b tóm t t bao g m: n tr c a chính t m phát nhi i. B ng
c in c m
Thi t k mô hình 3D bi u ch p hành u n cong ch b ng m t m u
t các thành ph n ch in m c b c d n.
u ch p hành (Actuation Primitive)
T m phát nhi t
Loa
C m bi n (Sensory Primitive)
C m bi n dung
C m bi n tr
Hi n th (Display Primitive)
LED
Electroluminescence
Liên l c (Communication Primitive)
Radio-frequency identification (RFID)
Truy n không dây - Wireless
Power Transfer (WPT)
Dùng m c d in các l p ch
trên
Dùng máy in 3D d ghép các l p v t Hình 3: Robot d c in b ng m c in
li u và l p ch t d n
M t s thành ph m c im c
in d n có th xem Hình 2 và video ng d n
sau: https://vimeo.com/252080903. Phát hi c nhóm tác gi dùng vào thi t k và
ch t ng gi y có th c (xem
2.3 i c m bi ch p hành thêm Hình 3). Robot d ng côn trùng này có th c
b ng m c d n phát tri tr
Robot thân m c làm b ng cách g n các c ng
thành ph n c m bi u ch p hành c ng vào gi y nên sau khi hoàn thành nhi m v , robot có th
kh i v t li u m m. S khác nhau v tính ch c hoàn toàn t phân hu u này giúp
c a v t li u c ng và m m gây ra nhi u gi i h n trong b ov ng và gi m thi u yêu c u b o trì robot.
vi c thi t k robot thân m m. V i m c tiêu giúp cho Ngoài ra, do robot có th in r t nhanh chóng d dàng
vi c thi t k robot thân m c uy n chuy n và d b ng công ngh in m n nêu ph n 2.1, chúng ta
86
- hoàn toàn có th nhanh chóng ch t o hàng lo t các
ng gi y này. Xem thêm video v nghiên
c u này t ng d n sau:
https://www.youtube.com/watch?v=t72KasCojqE
2.4 Ch t o robot thân m m hình r n v i máy in 3D
M t trong nh c phát tri n quan tr ng c a ngành
t s chính là s i c a các máy in
t li u. Ngoài các v t li u nh a truy n
th c ABS, các dòng máy in phun 3D
t li u có th in các v t li u m i. Các
v t li u này có th c in k t h p v i các v t li u Hình 4: Robot thân m m hình r n v i l p b ng
c n chuy n trong thi t k robot thân c mô ph ng c a da r n
m m.
Trong ngành robot, robot hình r n (snake-like robot)
c nghiên c u t khá lâu. S uy n chuy n và kh 2.5 Ch t u khi n robot d n/tuy n
ng cao v ng hoang dã c a các trùng
loài r thành ngu n c m h ng cho các nhà Ngoài kh di chuy n trên c n, m t s ng
nghiên c b c và ch t o các robot v t hình dây có th n ho c
hình r n nh m ng d ng trong các nhi m v tuy n trùng. Ch t o robot thân m m v i kh
quan tr c, và c u h . Tuy nhiên, h u h t các lo i robot chuy n trên c n l n di chuy c s m r ng
hình r u là robot thân c c l p thêm ph m vi ng d ng c a robot thân m m. Nghiên c u
di chuy n. Trong t nhiên, t i [8] xu t m t thi t k cho robot thân m m có th
r ng l i d ng tính ch ng c a d ng h p kim nh hình d u khi n m t
các v di chuy n. Các v y trên da r n robot thân m m mình dây c nh . B ng vi c thi t k
c s p x p sao cho h s tv c thân robot nh (dài 50 mm) và nh (n i 20 g),
nh t nhi u so v i h s ma t v phía sau nhóm tác gi ng t i s d ng robot trong các nhi m
và hai bên. D m này, nhóm tác gi c a v ng vùng không gian ch t h p
nghiên c u [7] xu t mà các robot thân c ng khác g c
li in m u da cho robot thân m m hình r n. M u ti p c n (xem Hình 5). M t trong nh ng th thách khi
m ma sát gi n thi t k robot kích c nh bi c b n thân
(xem Hình 4). B ng cách k t h p v t li u có h s ma robot ph i c ng v i t n s cao thì m i có th di
t cao và v t li u có h s t th p, chuy ng ch t l ng. Nhóm tác gi s
nhóm tác gi thi t k và th nghi m t di chuy n d ng hi ng Snap-through Buckling c a m t t m
c a robot thân m m hình r n v i các m u da khác nhau v t li t o giúp robot c ng v i t n s
nh m tìm ra m u da cho t di chuy n nhanh nh t. cao. Ngoài ra, l y c m h ng t cách th c s p x p các
Nghiên c u này mang l i m vi c a các loài cá, nhóm tác gi xu t cách s p
áp d di chuy n c a r n vào thi t k , ch t o, x p ch ng l u ch p hành dùng h p kim nh
và t c di chuy n c a robot thân hình d c ch y t ut i
m m hình r n. Xem thêm video v nghiên c u này t i: a robot. Chính sóng ch y d c thân c a robot là
https://www.youtube.com/watch?v=qyOHkjAOTao nhân t c. Nghiên c
Hình 5: Robot thân m bò trên c t l ng.
87
- các môi 1622,1623,1624,1625,1626,1627, doi:
ng ch t l ng v nh t khác nhau. 10.1109/ROBOT.1991.131850.
[2] R. F. Shepherd et al.
Ngoài t p trung thi t k robot thân m m bi i Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 108, no. 51,
d ng c mình dây gi pp. 20400 20403, Dec. 2011, doi:
nghiên c n trên 10.1073/pnas.1116564108.
c n c a robot này. B i thông s u [3] Y. Kawahara, S. Hodges, B. S. Cook, C. Zhang,
khi n, robot có th bò trên c -
lòng ch t l ng gi n. Xem video t i: based inkjet printing to support rapid prototyping
https://www.youtube.com/watch?v=Lx5Fr-2xudw Proceedings of the
2013 ACM International Joint Conference on
D a trên nh ng k t qu nghiên c u này, nhóm tác gi Pervasive and Ubiquitous Computing
ng t i vi c phát tri n robot thân m m có th , Sep. 2013, pp. 363 372, doi:
di chuy n b ng cách nh môi 10.1145/2493432.2493486.
ng khác nhau. [4] T. Ta, M. Fukumoto, K. Narumi, S. Shino, Y.
3. M t s lab nghiên c u tiêu bi u c a nh t b n double layer for flexible electronic circuit with
c công ngh gia công k thu t s và insta Proceedings of the
robot thân m m 2015 ACM International Joint Conference on
Pervasive and Ubiquitous Computing
(1) Kawahara Lab - , Sep. 2015, pp. 181 190, doi:
Tokyo) 10.1145/2750858.2804276.
Website: http://www.akg.t.u-tokyo.ac.jp/ [5] H. Oh, T. D. Ta, R. Suzuki, M. D. Gross, Y.
nhi m: Yoshihiro Kawahara
M ng nghiên c u chính: Truy n không dây, Electronic Papercrafts): An Integrated Approach
i - máy, M c in d n, Gia for 3D Sculpting Paper-Based Electronic
t s , Robot thân m m Proceedings of the 2018 CHI
Conference on Human Factors in Computing
(2) Umedachi Lab - Systems, Apr. 2018, p. 441, doi:
University) 10.1145/3173574.3174015.
Website: http://fiber.shinshu-u.ac.jp/umedachi- [6]
lab/ Printable Actuators and Sensors for Soft-bodied
nhi m: Takuya Umedachi 2019 International
M ng nghiên c u chính: Robot thân m u Conference on Robotics and Automation (ICRA),
khi n phân tán May 2019, pp. 3658 3664, doi:
10.1109/ICRA.2019.8793827.
(3) ISI Laboratory - [7] T. D. Ta, T. Umedachi, and Y. Kawahara,
Tokyo) -Anisotropy Surface for
Website: http://www.isi.imi.i.u-tokyo.ac.jp/ Wriggle Locomotion of Printable Soft-bodied
nhi m: Yasuo Kuniyoshi, Ryuma 2018 IEEE International Conference
Niiyama ,
M ng nghiên c i, Lý Brisbane, Australia, May 2018, pp. 6779 6785,
thuy u khi n, Robot thân m m doi: 10.1109/ICRA.2018.8463177.
[8]
(4) Aero/Aqua Biomimetics Lab - ngh Multigait Stringy Robot with Bi-stable Soft-
Tokyo (Tokyo Institute of Technology) bodied Structures in Multiple Viscous
Website: 2020 IEEE International
http://www.tanakah.mech.e.titech.ac.jp/index_e. Conference on Intelligent Robots and Systems
html , Oct. 2020, pp. 8765 8772.
nhi m: Hiroto Tanaka
M ng nghiên c u chính: Robot mô ph ng sinh
h c, R
Tài li u tham kh o
[1]
flexible microactuator and its applications to
Proceedings. 1991
IEEE International Conference on Robotics and
Automation, Jan. 1991, vol. 0, p.
88
nguon tai.lieu . vn
