Insekt-inspirerede robotter overvåger komplekse miljøer

Forskere ved University of Pittsburgh har designede små insekt-inspirerede robotter, der kan bruges i komplekse og snævre miljøer, der er svære for mennesker at nå.

Den nye forskning med titlen “Molecularly Directed, Geometrically-Latched, Impulsive Actuation Powers Sub-Gram Scale Motility” blev offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials Technologies.

Billede og miljøevaluering

Junfeng Gao er en ph.d.-studerende i industrielt ingeniørvidenskab på Swanson School of Engineering. Han ledte arbejdet med udviklingen af de nye robotter.

“Disse robotter kan bruges til at få adgang til begrænsede områder for billed- eller miljøevaluering, tage vandprøver eller udføre struktur-evalueringer,” sagde Gao. “Overalt, hvor du ønsker at få adgang til begrænsede steder – hvor en insekt kan gå, men en person ikke kan – kan disse maskiner være nyttige.”

Dette er endnu et eksempel på, at forskere søger inspiration i naturen for at bygge i dagens mikro-robotter. Små dyr som gresshopper og fluer kan manøvrere over overflader på en måde, der er mere energibesparende end at kravle ved at afhænge af impulsive bevægelser. Disse bevægelser blev derefter reproduceret i de nye robotter lavet af polymer kunstigt muskel.

Ravi Shankar er professor i industrielt ingeniørvidenskab på Pitt. Han styrer laboratoriet, der ledte den nye forskning.

“Det er ligesom at lade en pil ind i en bue og skyde den – robotterne låser på for at bygge op energi og derefter frigøre den i en impulsive udbrud for at springe frem,” sagde Shankar. “Som regel er aktivering i de kunstige muskler, vi arbejder med, ret langsom. Vi var tiltrukket af spørgsmålet: ‘Hvordan kan vi tage denne kunstige muskel og bruge den til at generere en hoppe-aktivering i stedet for langsom aktivering?'”

Vendning til molekylær orden og geometri

For at besvare dette spørgsmål kiggede teamet på molekylær orden og geometri.

Mohsen Tabrizi er en ph.d.-studerende i industrielt ingeniørvidenskab på Swanson School og medforfatter til forskningen.

“Den kurvede komposit-form af polymer-musklen tillader den at bygge energi, når den er aktiveret. Måden, molekylerne er aligneret i musklen, tager inspiration fra den naturlige verden, hvor deres kombinerede aktivering bygger energi ind i strukturen,” sagde Tabrizi. “Dette opnås ved hjælp af ikke mere end få volt elektricitet.”

Ved at designe de cricket-størrelse robotter til at være både fleksible og letvægts kan de manøvrere langs bevægelige overflader som sand. De kan udføre disse bevægelser lige så let som de gør over hårde overflader. Mest imponerende er, at robotterne kan hoppe over vand.

Forskningen inkluderede også medforfatter Arul Clement.