Jaren geleden, MIT-professor Neil Gershenfeld had een gedurfde gedachte. Getroffen door het feit dat alle levende wezens in de wereld zijn opgebouwd uit combinaties van slechts 20 aminozuren, hij vroeg zich af:zou het mogelijk zijn om een ​​kit te maken van slechts 20 fundamentele onderdelen die kunnen worden gebruikt om alle verschillende technologische producten in de wereld te assembleren?

Sindsdien boeken Gershenfeld en zijn studenten gestaag vooruitgang in die richting. Hun laatste prestatie, deze week gepresenteerd op een internationale roboticaconferentie, bestaat uit een set van vijf kleine fundamentele onderdelen die kunnen worden geassembleerd tot een breed scala aan functionele apparaten, inclusief een kleine "lopende" motor die heen en weer kan bewegen over een oppervlak of de tandwielen van een machine kan draaien.

Eerder, Gershenfeld en zijn studenten toonden aan dat constructies samengesteld uit vele kleine, identieke subeenheden kunnen talrijke mechanische eigenschappen hebben. Volgende, ze toonden aan dat een combinatie van stijve en flexibele onderdeeltypes kan worden gebruikt om morphing vliegtuigvleugels te creëren, een al lang bestaand doel in de lucht- en ruimtevaarttechniek. Hun nieuwste werk voegt componenten toe voor beweging en logica, en zal worden gepresenteerd op de Internationale Conferentie over Manipulatie, Automatisering en robotica op kleine schaal (MARSS) in Helsinki, Finland, in een paper van Gershenfeld en MIT-afgestudeerde student Will Langford.

Hun werk biedt een alternatief voor de huidige benaderingen voor het bouwen van robots, die grotendeels in twee soorten vallen:aangepaste machines die goed werken, maar relatief duur en inflexibel zijn, en herconfigureerbare die prestaties opofferen voor veelzijdigheid. Bij de nieuwe aanpak Langford bedacht een set van vijf millimeterschaal componenten, die allemaal met een standaard connector aan elkaar kunnen worden bevestigd. Deze onderdelen omvatten de vorige stijve en flexibele typen, samen met elektromagnetische onderdelen, een spoel, en een magneet. In de toekomst, het team is van plan deze te maken van nog kleinere basisonderdelen.

Met behulp van deze eenvoudige set van kleine onderdelen, Langford assembleerde ze tot een nieuw soort motor die een aanhangsel in discrete mechanische stappen beweegt, die kan worden gebruikt om een ​​tandwiel te draaien, en een mobiele vorm van de motor die die stappen omzet in voortbeweging, waardoor het over een oppervlak kan "lopen" op een manier die doet denken aan de moleculaire motoren die spieren bewegen. Deze onderdelen kunnen ook in handen worden geassembleerd om ze vast te pakken, of benen om te wandelen, indien nodig voor een bepaalde taak, en later weer in elkaar gezet als die behoeften veranderen. Gershenfeld noemt ze "digitale materialen, " discrete onderdelen die omkeerbaar kunnen worden samengevoegd, een soort functioneel micro-LEGO vormen.

Het nieuwe systeem is een belangrijke stap in de richting van het creëren van een gestandaardiseerde kit met onderdelen die kunnen worden gebruikt om robots te assembleren met specifieke mogelijkheden die zijn aangepast aan een bepaalde taak of reeks taken. Dergelijke speciaal gebouwde robots kunnen vervolgens in verschillende vormen worden gedemonteerd en weer in elkaar worden gezet, zonder de noodzaak om voor elke toepassing opnieuw nieuwe robots te ontwerpen en te vervaardigen.

De initiële motor van Langford heeft een mierachtig vermogen om zeven keer zijn eigen gewicht op te tillen. Maar als er grotere krachten nodig zijn, veel van deze onderdelen kunnen worden toegevoegd om meer uitstraling te geven. Of als de robot zich op complexere manieren moet verplaatsen, deze delen zouden door de structuur kunnen worden verdeeld. De grootte van de bouwstenen kan worden gekozen om bij hun toepassing te passen; het team heeft onderdelen gemaakt ter grootte van nanometers om nanorobots te maken, en metergrote onderdelen om megarobots te maken. Eerder, gespecialiseerde technieken waren nodig bij elk van deze extremen van de lengteschaal.

"Een opkomende toepassing is om kleine robots te maken die in kleine ruimtes kunnen werken, " zegt Gershenfeld. Sommige apparaten die in dit project zijn geassembleerd, bijvoorbeeld, zijn kleiner dan een cent en kunnen toch nuttige taken uitvoeren.

Om de "hersenen in te bouwen, " Langford heeft onderdeeltypes toegevoegd die millimetergrote geïntegreerde schakelingen bevatten, samen met een paar andere soorten onderdelen om elektrische signalen in drie dimensies aan te sluiten.

De eenvoud en regelmaat van deze constructies maakt het relatief eenvoudig om hun montage te automatiseren. Om dat te doen, Langford heeft een nieuwe machine ontwikkeld die lijkt op een kruising tussen een 3D-printer en de pick-and-place-machines die elektronische circuits maken, maar in tegenstelling tot een van beide, deze kan complete robotsystemen direct vanuit digitale ontwerpen produceren. Gershenfeld zegt dat deze machine een eerste stap is in de richting van het uiteindelijke doel van het project:"een assembler maken die zichzelf kan assembleren uit de onderdelen die hij assembleert."

"Standaardisatie is een uiterst belangrijke kwestie in microrobotica, om de productiekosten te verlagen en, als resultaat, om de acceptatie van deze technologie te verbeteren tot het niveau van reguliere industriële robots, " zegt Sergej Fatikow, hoofd van de afdeling Microrobotica en Regeltechniek, aan de Universiteit van Oldenburg, Duitsland, die niet bij dit onderzoek betrokken was. Het nieuwe werk "behandelt de assemblage van geavanceerde microrobotsystemen uit een kleine set standaard bouwstenen, die een revolutie teweeg kan brengen op het gebied van microrobotica en tal van toepassingen op kleine schaal kan openen, " hij zegt.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.