روبوتات الحشرات الصغيرة ت发出 ضوءًا أثناء الطيران

فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا استوحى من حشرات النار لإنشاء محركات لينة يمكن أن ت发出 ضوءًا بألوان أو أنماط مختلفة أثناء الطيران. تتحكم العضلات الاصطناعية في أجنحة الروبوتات الطائرة، وتتوهج عندما تكون في وضع الطيران. يوفر هذا النهج الجديد وسيلة مبتكرة لتتبع الروبوتات الطائرة ويمكن أن يساعدهم على التواصل.

نشرت الأبحاث الجديدة في IEEE Robotics and Automation Letters.

يمكن استخدام العضلات اللينة الكهروميكانيكية لعدد من التطبيقات. على سبيل المثال، يمكن أن تلعب الروبوتات دورًا في مهمة البحث والإنقاذ، حيث يمكنهم العثور على الناجين وإرسال إشارات إلى روبوتات أخرى للمساعدة.

تتبع وتحسين الاتصالات

تزن الروبوتات الصغيرة أكثر قليلاً من مشبك ورق، ويمكن أن تساعد قدرتهم على إصدار الضوء في طيرانها بمفردها خارج بيئة المختبر. بسبب وزنها، لا يمكن أن تحمل الروبوتات أي حساسات، مما يعني أن الباحثين كانوا يضطرون إلى تتبعها باستخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء التي تعاني في الهواء الطلق. ومع ذلك، قام الفريق بابتكار طريقة جديدة لتتبعها باستخدام الضوء الذي يصدره وثلاث كاميرات للهواتف الذكية.

كيفن تشين هو أستاذ مساعد في قسم الهندسة الكهربائية والحاسوب (EECS)، ورئيس مختبر الروبوتات اللينة والمايكرو في مختبر الأبحاث الإلكترونية (RLE)، والمؤلف الرئيسي للورقة.

“إذا فكرت في روبوتات كبيرة الحجم، يمكنهم التواصل باستخدام أدوات كثيرة – بلوتوث، لاسلكي، كل هذه الأشياء. لكن بالنسبة لروبوت صغير ومحدود الطاقة، نحن مجبورون على التفكير في طرق تواصل جديدة. هذا خطوة كبيرة نحو طيران هذه الروبوتات في بيئات خارجية حيث لا نملك نظام تتبع حركة متقدم ومحسّن،” يقول تشين.

جعل الروبوتات الصغيرة ت发出 ضوءًا

غرس الفريق جزيئات كهروميكانيكية صغيرة في العضلات الاصطناعية، مما يضيف فقط 2.5٪ أكثر من الوزن دون التأثير على أداء الطيران للروبوت.

سابقًا، طور الفريق تقنية تصنيع جديدة لإنشاء محركات لينة تفتح أجنحة الروبوت. يتم إنشاؤها عن طريق交TERN بين طبقات رقيقة من المطاط والكهرباء في مكدس قبل لفه في أسطوانة لينة. بعد تطبيق جهد كهربائي على الأسطوانة، تضغط الكهرباء على المطاط، مما يسبب في تحرك الأجنحة.

لإنشاء المحرك المضيء، وضعت الفريق جزيئات كبريتات الزنك الكهروميكانيكية في المطاط، ولكن ذلك يتطلب بعض العمل.

أولاً، كان على الباحثين إنشاء كهرباء لا تحجب الضوء. قاموا بذلك باستخدام أنابيب نانومترية شفافة للغاية، مما يسمح للضوء بالمرور. حتى مع هذه الأنابيب، كانت جزيئات الزنك تتطلب مجالًا كهربائيًا قويًا وتردديًا عاليًا للاضاءة. يثير المجال الكهرومغناطيسي الإلكترونات في جزيئات الزنك، مما يسبب إصدارها لجسيمات ضوئية. تم إنشاء مجال كهربائي قوي مع جهد كهربائي عالي في المحرك اللين، واستخدم لتشغيل الروبوت بتردد عالي. هذا العملية سمحت للجزيئات بالتوهج.

“تعد المواد الكهروميكانيكية تقليدية عالية التكلفة، ولكن في نوع من الحالات، نحصل على الكهروميكانيكية مجانًا لأننا نستخدم فقط المجال الكهربائي في التردد الذي نحتاجه للطيران. لا نحتاج إلى محركات جديدة أو أسلاك أو أي شيء آخر. إنها تستغرق فقط حوالي 3٪ أكثر من الطاقة لإصدار الضوء،” يقول تشين.

اكتشف الفريق أن إضافة جزيئات الزنك تقلل من جودة المحرك، لذلك تم خلطها فقط في الطبقة العليا من المطاط. هذا جعل المحرك أثقل بنسبة 2.5٪، ولكنه يمكن أن ي发出 ضوءًا دون التأثير على أداء الطيران.

“لقد بذلنا الكثير من العناية للحفاظ على جودة طبقات المطاط بين الكهرباء. إضافة هذه الجزيئات كانت مثل إضافة الغبار إلى طبقة المطاط. لقد استغرق الأمر العديد من النهج والكثير من الاختبارات، ولكننا وجدنا طريقة لضمان جودة المحرك،” يقول كيم.

من خلال تعديل التركيبة الكيميائية للجزيئات الزنك، يمكن تغيير لون الضوء. أنشأ الفريق جزيئات برتقالية وخضراء وزرقاء، مع كل محرك ي发出 لونًا صلبًا.

أيضًا، تمكن الفريق من تمكين المحركات من إصدار ضوء ملون ونمطي عن طريق وضع قناع على الطبقة العليا، وإضافة جزيئات الزنك، ثم تصليد المحرك.

نظام تتبع الحركة

الخطوة التالية كانت اختبار الخواص الميكانيكية للمحركات وقياس شدة الضوء. أجروا اختبارات طيران مع نظام تتبع حركة مصمم خصيصًا، مع استخدام كاميرات آيفون لتتبع كل محرك كهروميكانيكي، والذي يخدم كعلامة نشطة. بعد اكتشاف الكاميرات كل لون ضوء، يتبع برنامج الكمبيوتر موقع الروبوتات.

“نحن فخورون جدًا بنتائج التتبع الجيدة، مقارنة بالتقنيات الحديثة. كنا نستخدم أجهزة رخيصة، مقارنة بالآلاف من الدولارات التي تكلفها أنظمة تتبع الحركة الكبيرة، وكانت نتائج التتبع قريبة جدًا،” يقول تشين.

سيبحث الفريق الآن في تحسين نظام تتبع الحركة لتمكين تتبع الروبوتات في الوقت الفعلي، بالإضافة إلى محاولة تمكين الروبوتات الصغيرة من تشغيل ضوءها وإيقافه أثناء الطيران.