Vědci vyvinuli odolného RoboBee s měkkými svaly

Vědci z Harvard Microrobotics Laboratory na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), spolu s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, vyvinuli RoboBee poháněný měkkými umělými svaly. Mikrobot je schopen nárazu do stěn, pádu na zem a srážky s jinými RoboBees bez poškození. Jedná se o velký úspěch v oblasti robotiky, RoboBee je prvním mikrobotem poháněným měkkými akčními členy, který dokáže dosáhnout řízeného letu.

Yufeng Chen je prvním autorem článku a bývalým postgraduálním studentem a postdoktorandem na SEAS.

“V oblasti mikrobotiky je velký tlak na výrobu mobilních robotů z měkkých akčních členů, protože jsou tak odolné,” řekl Chen. “Nicméně, mnoho lidí v oboru mělo pochybnosti, zda by mohly být použity pro létající roboty, protože hustota výkonu těchto akčních členů prostě nebyla dostatečně vysoká a jsou známé tím, že jsou obtížně ovladatelné. Náš akční člen má dostatečnou hustotu výkonu a ovladatelnost, aby dosáhl vznášení letu.”

Výzkum byl zveřejněn v Nature.

Problémy, se kterými se setkali

Jedním z problémů, se kterými se výzkumníci setkali, byla hustota výkonu. Hledali elektricky poháněné měkké akční členy, které byly vyvinuty v laboratoři Davida Clarka, Extended Tarr Family Professor of Materials. Měkké akční členy jsou vytvořeny pomocí dielektrických elastomerů, které jsou měkké materiály s silnými izolačními vlastnostmi. Když je aplikováno elektrické pole, dielektrické elastomery se deformují.

Po zlepšení vodivosti elektrod byl akční člen schopen pracovat na 500 Hz. To je podobné jako dříve používané tuhé akční členy v robotech.

Jedním z dalších problémů s měkkými akčními členy je, že systém často becomes nestabilní. Aby se tomuto problému vyhnuli, výzkumníci vyvinuli lehkou konstrukci letadla. Skládala se z kusu vertikálního omezujícího vlákna, aby se zabránilo ohýbání akčního členu.

Schopnost letu

U malých robotů je možné měkké akční členy snadno vyměnit a sestavit. Výzkumníci vyvinuli několik různých modelů měkkých RoboBees, aby ukázali různé schopnosti letu.

Jeden z modelů má dvě křídla a může vzlétnout z země. Nicméně, tento model nemá další kontrolu. Čtyřkřídlý, dvouakční model je schopen létat v hustém prostředí. Během jednoho letu je RoboBee schopen vyhnout se několika srážkám.

Elizabeth Farrell Helbling je bývalou postgraduální studentkou na SEAS a spoluautorkou článku.

“Jednou z výhod malých robotů je jejich odolnost vůči vnějším nárazům,” řekla. “Měkký akční člen poskytuje další výhodu, protože může lépe absorbovat nárazy než tradiční akční strategie. To by se hodilo v potenciálních aplikacích, jako je létání skrz trosky pro záchranné mise.”

Jiný model je osmikřídlý, čtyřakční RoboBee. Je schopen provádět řízené vznášení letu, což je poprvé, kdy to bylo prokázáno u měkkého létajícího mikrobotu.

Co dál?

Výzkumníci nyní hledají způsoby, jak zvýšit efektivitu měkkého RoboBee. Stále má dlouhou cestu, než dožene tradiční létající roboty.

Robert Wood je profesorem inženýrství a aplikovaných věd na SEAS. Je také členem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering a hlavním autorem článku.

“Měkké akční členy s vlastnostmi svalů a elektrickou aktivací představují velkou výzvu v robotice,” říká profesor Wood. “Pokud bychom mohli vyvinout vysokovýkonné umělá svaly, nebe je hranice pro to, co bychom mohli postavit.”