Ingeniører udvikler den mindste fjernstyrede gående robot nogensinde

Et hold ingeniører fra Northwestern University har udviklet den mindste fjernstyrede gående robot nogensinde, som er i form af en lille krabbe.

De små krabberoboter er kun en halv millimeter bred, hvilket gør dem mindre end en lus. De kan bøje, vride, gå, kravle, dreje og hoppe. Ud over den lille krabbe har forskerne også udviklet millimeter-størrelse robotter, der ligner græshopper, biller og inchworms.

Opnåelse af mikro-størrelse robotter

Ifølge holdet kunne disse nye typer robotter bringe os tættere på at opnå mikro-størrelse robotter, der kan operere i tæt konfinede rum.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Science Robotics.

John A. Rogers ledde det eksperimentelle arbejde. Han er Louis Simpson og Kimberly Querrey Professor of Materials Science and Engineering, Biomedical Engineering og Neurological Surgery på Northwesterns McCormick School of Engineering og Feinberg School of Medicine. Han er også direktør for Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB).

“Robotik er et spændende forskningsområde, og udviklingen af mikroskala robotter er et sjovt emne for akademisk udforskning,” sagde Rogers. “Du kunne forestille dig mikro-robotter som agenter til at reparere eller samle små strukturer eller maskiner i industrien eller som kirurgiske assistenter til at fjerne tilstopning af arterier, stoppe indre blødning eller eliminere kræftsvulster – alt i minimt invasiv procedur.”

Yonggang Huang ledde det teoretiske arbejde. Han er Jan og Marcia Achenback Professor of Mechanical Engineering og Civil and Environmental Engineering på McCormick og en nøglemedlem af QSIB.

“Vores teknologi muliggør en række kontrollerede bevægelsesmodi og kan gå med en gennemsnitlig hastighed på halv sin kropslængde per sekund,” sagde Huang. “Dette er meget udfordrende at opnå på så små skalaer for terrestriske robotter.”

Konstruktion af den lille krabbe

Krabben behøver ikke at afhænge af kompleks hardware, hydraulik eller elektricitet som mange andre robotter. Den får sin kraft fra den elastiske resilience af sin krop. Forskerne konstruerede robotten ved at bruge et form-hukommelse legering materiale, der transformerer til en “husket” form, når det varmes op. For at varme robotten hurtigt brugte holdet en skannet laserstråle og målrettede forskellige steder på robotens krop. Når det afkøles, returnerer et tyndt lag af glas den tilsvarende del af strukturen til sin deformerede form.

Ved at skifte fra den ene fase til den anden kan robotten skabe lokomotion. Ved at rette laserstrålen i forskellige retninger kan holdet kontrollere, hvor robotten går. For at bevæge sig fra venstre til højre skal holdet blot skanne fra højre til venstre.

“Fordi disse strukturer er så små, er afkølingshastigheden meget hurtig,” forklarede Rogers. “I virkeligheden reducerer størrelsen på disse robotter tillader dem at køre hurtigere.”

For at opnå en så lille tilstand for robotten fabricerede holdet først forløbere til de gående krabbe-strukturer i flade, planare geometrier. De bonded forløberne på et let strækket gummi-underlag. Ved at afslappe underlaget sker en kontrolleret bukkel-proces og får krabben til at “poppe op” i definerede tre-dimensionale former.

“Med disse samlingsteknikker og materialekoncepter kan vi bygge gående robotter med næsten enhver størrelse eller 3D-form,” sagde Rogers. “Men studenterne følte sig inspireret og morede af de små krabbers sidelæns kradsebevægelser. Det var en kreativ whimsy.”