Bất kỳ dự án thiết kế robot nào cũng nên cân nhắc các khía cạnh như: cách robot sẽ di chuyển, liệu nó có hoạt động gần con người hay không, những nhiệm vụ mà nó sẽ thực hiện là gì… Ngoài ra, các yếu tố cần xem xét khác khi lựa chọn vật liệu chế tạo robot bao gồm: khả năng dễ lau chùi và sửa chữa, trọng lượng (ảnh hưởng đến lượng điện năng tổng thể sẽ dùng), khả năng thiết kế và chi phí.

Dưới đây là những loại vật liệu phổ biến nhất khi thiết kế và chế tạo robot.

1. Thép

Thép là một trong những vật liệu được các nhà chế tạo robot sử dụng nhiều nhất. Kim loại này là một lựa chọn thông minh nếu bạn đang chế tạo một robot cần phải hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Nếu bạn cần làm cứng thép, hãy tìm một số loại có hàm lượng cacbon cao. Thông thường, thép càng chứa nhiều cacbon thì càng thích hợp để làm cứng hơn thông qua xử lý nhiệt.

Tuy nhiên, vật liệu này có thể gặp khó khăn khi chế tạo nếu không có dụng cụ thích hợp, chẳng hạn như những dụng cụ hàn, đặc biệt trong trường hợp muốn tạo ra hình dạng như mong muốn.

2. Cao su

Nhu cầu sản xuất các robot thương mại có lớp vỏ ngoài linh hoạt, chẳng hạn như có ngoại hình giống con người ngày càng tăng cao. Cao su và các loại nhựa mềm có thể đáp ứng được mục đích tạo ra những robot với lớp vỏ bên ngoài mềm mại như làn da của con người.

Một nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Houston (Mỹ) đã sử dụng vật liệu composite cao su để làm chất bán dẫn. Các thiết bị điện tử vẫn giữ được chức năng của nó ngay cả sau khi các nhà nghiên cứu kéo căng cao su thêm 50%. Các nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford (Mỹ) và Đại học Quốc gia Singapore cũng đang nghiên cứu chế tạo robot với lớp da polyme để tạo cảm giác mềm mại khi tiếp xúc.

Robot có thân bằng cao su thường an toàn hơn so với robot được làm từ các loại vật liệu cứng. Chúng rất phù hợp khi được sử dụng trong các công việc cần xử lý các sản phẩm như trái cây (chọn và gắp trái cây mà không làm hỏng sản phẩm). Ngoài ra, robot với ngoại hình bằng cao su được ứng dụng nhiều tại các công viên giải trí nhằm tương tác với khách hàng. Lý do cũng thật dễ hiểu bởi chúng sống động như thật và an toàn hơn khi vận hành xung quanh con người.

3. Nhôm

Mặc dù có giá thành cao hơn thép, nhưng nhôm lại nhẹ và dễ tạo hình hơn. Lựa chọn vật liệu nhôm cũng giúp bạn không cần phải lo lắng về việc vỏ ngoài của robot sẽ bị gỉ theo thời gian. Tuy nhiên, vì nhôm có thể bị ăn mòn trong một số môi trường ẩm ướt nên bạn có thể cân nhắc xử lý bề mặt nhôm để tạo lớp bảo vệ bề mặt chống lại sự ăn mòn có thể xảy ra.

Một đặc điểm nữa khiến nhôm trở thành một lựa chọn phổ biến cho ngoại thất robot là nó có thể được đánh bóng để có độ sáng bóng cao. Nhờ đó, nhôm sẽ làm cho robot có vẻ ngoài trông đẹp mắt hơn, đồng thời mang lại độ bền cao.

Một số nhà thiết kế cũng sử dụng vỏ robot bằng nhôm để bảo vệ các bộ phận dễ vỡ bên trong. Chẳng hạn, các nhà khoa học Ý đã chế tạo một robot đủ mạnh để kéo một chiếc máy bay nặng 7.200 pound (~ bao nhiêu kg) xuống đường băng. Robot này có bốn động cơ điện, bốn bộ truyền động thủy lực và một cặp máy tính. Tất cả các bộ phận này đều được bao bọc trong một lồng cuộn bằng nhôm.

4. Kevlar

Kevlar là một loại sợi tổng hợp thường xuyên được sử dụng cho áo chống đạn. Nó sở hữu một số ưu điểm rất phù hợp để chế tạo vỏ ngoài của robot. Bạn có thể sử dụng nó như một lớp phủ bên ngoài robot khi cần bảo vệ khỏi nhiệt độ khắc nghiệt. Nhiều găng tay chống nhiệt sử dụng Kevlar vì chất liệu này không bị nung chảy khi tiếp xúc với môi trường nóng. Ngoài ra, Kevlar không bị phân hủy ở nhiệt độ -50 độ F (~ bao nhiêu độ C)ở Bắc Cực, cũng như các điều kiện đông lạnh ảnh hưởng xấu đến chất liệu.

Nếu không có vỏ bọc bằng Kevlar, nhiệt độ quá lạnh có thể ảnh hưởng xấu đến dầu mỡ hoặc các chất bôi trơn khác cho các bộ phận bên trong, còn nhiệt độ quá nóng có thể làm cho động cơ quá nóng và tắt máy. Nắp bên ngoài giữ cho robot luôn ở trong phạm vi nhiệt độ hoạt động được khuyến nghị.

5. Vật liệu ‘thông minh’ có thể phân hủy sinh học

Các vật liệu kể trên đều tương đối dễ kiếm và có độ bền khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên, có thể nhiều người chưa biết đến vật liệu phân hủy sinh học. Các nhà nghiên cứu ở Ý có nhiều cách để tạo ra robot từ nhựa sinh học làm từ chất thải thực phẩm.

Vì hầu hết các loại nhựa thông thường đều chứa dầu mỏ – một chất góp phần rất lớn gây ra biến đổi khí hậu – các nhà nghiên cứu nghĩ rằng chất thay thế của họ sẽ giúp ích cho hành tinh, đặc biệt là trong các tàu thăm dò đi biển. Ngoài ra, những vật liệu thông minh có thể phân hủy sinh học này rất linh hoạt. Các nhà khoa học đã tạo ra một bộ vỏ robot từ chúng và cho biết chất dẻo sinh học cũng có thể đủ cứng cho các bộ phận bên trong.

Tại Vương quốc Anh, các chuyên gia tại Phòng thí nghiệm người máy Bristol đã nghiên cứu về một robot phân hủy sau khi hoàn thành nhiệm vụ. Nó có thể hỗ trợ nỗ lực tìm kiếm và cứu hộ tại địa điểm xảy ra thảm họa và bắt đầu tự phân hủy sau đó. Sau đó, con người sẽ không phải tìm và lấy các robot, và các vật liệu phân hủy sinh học sẽ không gây hại cho môi trường.

Lựa chọn vật liệu phù hợp để chế tạo robot

Trên đây chỉ là một số vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho ngoại thất robot. Tất nhiên, loại vật liệu được lựa chọn sẽ còn phụ thuộc chủ yếu vào mục đích của robot. Ví dụ, các vật liệu được sử dụng trong robot hỗ trợ phẫu thuật phải có khả năng chịu được các kỹ thuật khử trùng nghiêm ngặt. Trong trường hợp này, một loại polyme như acrylonitrile butadien styren (ABS) sẽ phù hợp hơn nhiều so với một vật liệu không thể đáp ứng các yêu cầu và quy định y tế.

Các robot được sử dụng trong phòng sạch, xử lý thực phẩm và thiết lập thủy sinh cũng có những nhu cầu đặc biệt cần xem xét. Ví dụ, một robot có đặc tính nổi trên mặt nước sẽ yêu cầu vật liệu nhẹ và chống nước. Mặt khác, một robot phỏng sinh học sẽ cần một chất liệu mềm và linh hoạt để có thể cầm nắm và di chuyển thoải mái.

*Nguồn bài viết: https://www.therobotreport.com/materials-rugged-robot-design-building/

**Nguồn ảnh: Sưu tầm