ng d

t s trong thi t k
robot thân m m
T

Nghiên c u sau ti

Tác gi :
TS. T
c Tùng
i h c Tokyo,
Nh t B n
Email:
T
u sau
ti n s t
n và H th ng Thông
i h c Tokyo. T
c Tùng t p trung
nghiên c u các m
ts ,
ch t o m
n m m d o, và robot thân
m m. Tùng nh n b ng ti n s
và th c s
n t Vi n
i h c Tokyo. Tùng t t nghi p t
Ph n m m thu
i
h

n Tùng là
thành viên c a ACM, IEEE, IEICE, IPSJ,
SICE, và VANJ.

/>
c Tùng
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
hình d
phù h p v
ng xung quanh, robot thân m m
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
k , robot thân m

c h p thành b i m t kh i v t li u
m m liên t
u này khi n cho robot thân
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
s công ngh
ts
cs d
thi t k , ch t o,
u khi n robot thân m m. Nh
c l y c m h ng
t c
c
n trùng) và bò
sát (r n). Các công ngh
thu t s
c nh
n trong
bài vi t bao g m: m c d
n và in m
n lên gi y, in 3D v t
li
i, tích h p gia cơng m
n vào chu trình in 3D.
T khóa: robot thân m m, m c d

ts


1. Gi i thi u
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.

84



M ts

m có th k

Robot thân m m d
h pv
c tính m
m m an
Do robot thân m
m m liên t c, nó d
b ng các cơng c

gi tin r ng vi t t p trung vào công ngh
thu t s s
i nhi u giá tr
i hình d

ng.
i c a v t li u, robot thân
i.
ng là m t kh i v t li u
c ch t o và tùy bi n
ts .

2. M t s nghiên c u v ng d
t
s trong robot thân m m
2.1 M c in d
n - Instant Inkjet Circuits
M cd

c phát tri n t lâu. Tuy nhiên, h u
h t các m c in d
uc
n quá trình nung k t
v i nhi
t 180°C - 250°C. Khơng có q trình
nung k t này thì m u in s không tr nên d
c
m này làm gi i h
v t li u n n (substrate)
khi in m
uc a
i thi u lo i m c in d
n
v i có th
c nung k t nhi
phòng (20°C) [3].
M c này (Silver Nanoc s n xu t b i
Mitsubishi Paper Mills có m t s
mn ib
sau:

Tuy nhiên, bên c nh các l
m h p d n, thì thi t k
robot thân m
ng th thách c n ph i
nghiên c
ng. M c dù toàn b
c làm b ng v t li u m m d
u ch p hành

và c m bi n hi n có trên th
ng l
c ch y u
làm t v t li u c ng. Nh ng chi ti t b ph n này ch
thích h p cho ch t o robot c
ng b
ph n này tích h p vào robot thân m m, do s khơng
a tính ch
c c a v t li u, robot
thân m m ch t o ra s b gi i h n v kh
u
khi n và ph m vi ho
ng. Ngồi ra, do tính ch t liên
t cc ak tc u
u khi n chính xác hành vi
c a robot thân m m là m t th thách l
i v i c ng
ng nghiên c u robot thân m m. M
my un a
c a robot thân m m n m hi
l
ng mà robot thân m m có th s n
sinh khi ho
ng. Tính t i th
m hi n t i, l c tác
ng s n sinh b i robot thân m
ng y
v i robot truy n th
robot truy n th ng thì chính xác và m nh m , còn
robot thân m m, m c dù uy n chuy

iy u
u khi n. Tìm ki m gi i pháp cho nh ng
m y u nêu trên c a robot thân m
ac
ng nghiên c u robot thân
m m Nh t B n. Bài vi
c p h t các
v
nêu trên, s th o lu n và gi i thi u v ng d ng
c a các công ngh
t s trong thi t k
ch t o robot thân m m. Thi
s ph c p c a ph n m
i
cho Vi t Nam hồ mình vào dịng ch y cơng ngh c a
th gi i, s ph bi n c a các thi t b
t
s
ng m
i m i cho các ngành ch t o và
nghiên c
c ti p c n và hịa nh p v i trình
nghiên c u s n xu t c a th gi i. Chính vì v y tác

Hình 1 M t s

c.

phù


M c b c nano: m
c h p thành b i các h t b c
c 4 nm.
M c có th
c in b ng b t c
phịng nào.
M cd
n có th in lên ch t li u gi y nh s n có.
B n in s tr nên d
n ch ít giây sau khi in
nhi
phòng.
M
d
n c a b n in c i thi
u so
v i các lo i m c in d
S d ng m c b c này, nhóm nghiên c u có th nhanh
chóng in m
n, c m bi
m, c m bi n ch m,
ng t sóng
n t . Ngồi ra, n u s d ng k t qu nghiên c u v
ch t o m
n nhi u l p t m c b c [4], chúng ta
có th in nhi u ng d ng ph c t
n
LED, loa t gi y, ho c cu
dùng trong các ng
d ng truy

n không dây (xem thêm Hình 1).
2.2 In 3D v i m c in d

n
i dùng m t b công c
m nh m
ch tác các mơ hình 3D m t cách nhanh
chóng và chính xác. Tuy nhiên, h u h t các các máy in
u ch t p trung vào nâng cao kh
o hình.
Có m t nhu c
t ra là ngồi vi c in hình 3D, li u
máy in 3D có th in luôn c các thành ph n ch

ng d ng c a m c d

85

n nano b c


Hình 2: M t s thành ph m c

i m c in d

n, c m bi
u ch p hành hay
không? M t s máy in 3D ti p c n v
in m
n

b ng cách dùng nguyên li u là nh a PLA ch a carbon
in các thành ph n d
n tr
su t c a lo i nguyên li u này khá cao nên m
n
in ra b gi i h n r t nhi u v ch

n

u [6] - trình bày t i ICRA 2019 xu t dùng c m bi
u ch
c
b ng m c b
thi t k ch t o robot thân m m.
Nói m
n thì b n in b ng m c d
n
s
n tr khi b u n cong. L i d
m
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
nh n ra r ng t m n
in m c b c d
n là m t
c u trúc nhi u l
i l p l i có m t h ng s
giãn n vì nhi t khác nhau. L i d

u này, nhóm
tác gi ã in m t t m phát nhi t b ng m c b c. Khi
m c t m phát nhi t này vào ngu
n, b n in s nóng
lên và t u n cong do s khác nhau v h ng s giãn n
vì nhi t c a các l p gi y in. Khi t m n n t u n cong
n tr c a chính t m phát nhi
i. B ng
c in c m
bi
u ch p hành u n cong ch b ng m t m u
in m c b c d
n.

T m
ng ti p c n khác, nghiên c u có t a PEP
(3D Printed Electronic Papercrafts) [5] v tích h p các
thành ph n ch
i thi u t i
h i th
xu t dùng k t h p m c
b cd
n gi i thi u ph
pháp gia
in
mơ hình 3D v i m
n bên trong. Q trình in 3D
b
tóm t t bao g m:
Thi t k mơ hình 3D

t các thành ph n ch
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
li u và l p ch
t
M t s thành ph m c
im c
in d
n có th xem Hình 2 và video
ng d n
sau: />

Hình 3: Robot d

c in b ng m c in
d

n

Phát hi
c nhóm tác gi dùng vào thi t k và
ch t
ng gi y có th
c (xem
thêm Hình 3). Robot d ng cơn trùng này có th
c
phát tri
tr
c
ng
gi y nên sau khi hoàn thành nhi m v , robot có th
hồn tồn t phân hu
u này giúp
b ov
ng và gi m thi u yêu c u b o trì robot.
Ngồi ra, do robot có th in r t nhanh chóng d dàng
b ng cơng ngh in m
n nêu ph n 2.1, chúng ta

2.3
i c m bi
ch p hành

b ng m c d
n
Robot thân m
c làm b ng cách g n các
thành ph n c m bi
u ch p hành c ng vào
kh i v t li u m m. S khác nhau v tính ch
c
c a v t li u c ng và m m gây ra nhi u gi i h n trong
vi c thi t k robot thân m m. V i m c tiêu giúp cho
vi c thi t k robot thân m
c uy n chuy n và d
86


hồn tồn 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:
/>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
c
n chuy n trong thi t k robot thân
m m.

Hình 4: Robot thân m m hình r n v i l p b ng
c mô ph
ng c a da r n

Trong ngành robot, robot hình r n (snake-like robot)
c nghiên c u t khá lâu. S uy n chuy n và kh
ng cao v
ng hoang dã c a các
loài r
thành ngu n c m h ng cho các nhà
nghiên c
b
c và ch t o các robot
hình r n nh m ng d ng trong các nhi m v
quan tr c, và c u h . Tuy nhiên, h u h t các lo i robot
hình r
u là robot thân c
c l p thêm
di chuy n. Trong t nhiên,
r
ng l i d ng tính ch

ng c a
các v
di chuy n. Các v y trên da r n
c s p x p sao cho h s
tv
c
nh
t nhi u so v i h s ma
t v phía sau
và hai bên. D
m này, nhóm tác gi c a
nghiên c u [7]
xu
t
li
in m u da cho robot thân m m hình r n. M u
m ma sát gi
n
(xem Hình 4). B ng cách k t h p v t li u có h s ma
t cao và v t li u có h s
t th p,
nhóm tác gi thi t k và th nghi m t
di chuy n
c a robot thân m m hình r n v i các m u da khác nhau
nh m tìm ra m u da cho t
di chuy n nhanh nh t.
Nghiên c u này mang l i m
vi c
áp d
di chuy n c a r n vào thi t k , ch t o,

và t
c di chuy n c a robot thân
m m hình r n. Xem thêm video v nghiên c u này t i:
/>
2.5 Ch t
u khi n robot d
n/tuy n
trùng
Ngoài kh
di chuy n trên c n, m t s
ng
v t hình dây có th
n ho c
tuy n trùng. Ch t o robot thân m m v i kh
chuy n trên c n l n di chuy
c s m r ng
ph m vi ng d ng c a robot thân m m. Nghiên c u
t i [8] xu t m t thi t k cho robot thân m m có th
d ng h p kim nh hình d
u khi n m t
robot thân m m mình dây c nh . B ng vi c thi t k
thân robot nh (dài 50 mm) và nh (n
i 20 g),
nhóm tác gi
ng t i s d ng robot trong các nhi m
v
ng vùng không gian ch t h p
mà các robot thân c ng khác g
c
ti p c n (xem Hình 5). M t trong nh ng th thách khi

thi t k robot kích c nh bi
c b n thân
robot ph i c
ng v i t n s cao thì m i có th di
chuy
ng ch t l ng. Nhóm tác gi s
d ng hi
ng Snap-through Buckling c a m t t m
v t li
t o giúp robot c
ng v i t n s
cao. Ngoài ra, l y c m h ng t cách th c s p x p các
a các loài cá, nhóm tác gi
xu t cách s p
x p ch ng l
u ch p hành dùng h p kim nh
hình d
c ch y t
ut i
a robot. Chính sóng ch y d c thân c a robot là
nhân t
c. Nghiên c

Hình 5: Robot thân m

bò trên c

87

t l ng.



các môi
ng ch t l ng v

1622,1623,1624,1625,1626,1627,
doi:
10.1109/ROBOT.1991.131850.
[2] R. F. Shepherd et al.
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 108, no. 51,
pp.
20400 20403,
Dec.
2011,
doi:
10.1073/pnas.1116564108.
[3] Y. Kawahara, S. Hodges, B. S. Cook, C. Zhang,
based inkjet printing to support rapid prototyping
Proceedings of the
2013 ACM International Joint Conference on
Pervasive
and
Ubiquitous
Computing
, Sep. 2013, pp. 363 372, doi:
10.1145/2493432.2493486.
[4] T. Ta, M. Fukumoto, K. Narumi, S. Shino, Y.

nh t khác nhau.


Ngoài t p trung thi t k robot thân m m bi
i
d ng c
mình dây gi
nghiên c
n trên
c n c a robot này. B
i thông s
u
khi n, robot có th bị trên c
lịng ch t l ng gi
n. Xem video t i:
/>D a trên nh ng k t qu nghiên c u này, nhóm tác gi
ng t i vi c phát tri n robot thân m m có th
di chuy n b ng cách nh
môi
ng khác nhau.

double layer for flexible electronic circuit with
insta
Proceedings of the
2015 ACM International Joint Conference on
Pervasive
and
Ubiquitous
Computing
, Sep. 2015, pp. 181 190, doi:
10.1145/2750858.2804276.
[5] H. Oh, T. D. Ta, R. Suzuki, M. D. Gross, Y.


3. M t s lab nghiên c u tiêu bi u c a nh t b n
c công ngh gia công k thu t s và
robot thân m m
(1) Kawahara Lab Tokyo)
Website: />nhi m: Yoshihiro Kawahara
M ng nghiên c u chính: Truy
n không dây,
i - máy, M c in d
n, Gia
t s , Robot thân m m

Electronic Papercrafts): An Integrated Approach
for 3D Sculpting Paper-Based Electronic
Proceedings of the 2018 CHI
Conference on Human Factors in Computing
Systems,
Apr.
2018,
p.
441,
doi:
10.1145/3173574.3174015.

(2) Umedachi Lab University)
Website: />nhi m: Takuya Umedachi
M ng nghiên c u chính: Robot thân m
u
khi n phân tán

[6]

Printable Actuators and Sensors for Soft-bodied
2019 International
Conference on Robotics and Automation (ICRA),
May
2019,
pp.
3658 3664,
doi:
10.1109/ICRA.2019.8793827.
[7] T. D. Ta, T. Umedachi, and Y. Kawahara,
-Anisotropy Surface for
Wriggle Locomotion of Printable Soft-bodied
2018 IEEE International Conference
,
Brisbane, Australia, May 2018, pp. 6779 6785,
doi: 10.1109/ICRA.2018.8463177.
[8]
Multigait Stringy Robot with Bi-stable Softbodied Structures in Multiple Viscous
2020 IEEE International
Conference on Intelligent Robots and Systems
, Oct. 2020, pp. 8765 8772.

(3) ISI Laboratory Tokyo)
Website: />nhi m: Yasuo Kuniyoshi, Ryuma
Niiyama
M ng nghiên c
i, Lý
thuy
u khi n, Robot thân m m
(4) Aero/Aqua Biomimetics Lab ngh

Tokyo (Tokyo Institute of Technology)
Website:
/>html
nhi m: Hiroto Tanaka
M ng nghiên c u chính: Robot mơ 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