Forskere udvikler resilient RoboBee med bløde muskler

Forskere ved Harvard Microrobotics Laboratory ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), sammen med Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, har udviklet en RoboBee drevet af bløde kunstige muskler. Mikrorobotten kan køre ind i vægge, falde på jorden og kollidere med andre RoboBees uden at tage skade. Dette er et stort øjeblik for robotteknologi, og RoboBee er den første mikrorobot drevet af bløde aktuatorer, der kan opnå kontrolleret flyvning.

Yufeng Chen er første forfatter af artiklen og en tidligere ph.d.-studerende og postdoc ved SEAS.

“Der har været en stor indsats i feltet mikrorobotik for at lave mobile robotter af bløde aktuatorer, fordi de er så robuste,” sagde Chen. “Men mange mennesker i feltet har været skeptiske over for, om de kan bruges til flyvende robotter, fordi krafttætheden af disse aktuatorer simpelthen ikke har været høj nok, og de er berømt for at være svære at kontrollere. Vores aktuator har en tilstrækkelig høj krafttæthed og kontrollabilitet til at opnå svæveflyvning.”

Forskningen er offentliggjort i Nature.

Problemer, der er mødt

Et af de problemer, forskerne havde, var krafttæthed. De kiggede på de elektrisk drevne bløde aktuatorer, der var udviklet i laboratoriet hos David Clarke, Extended Tarr Family Professor of Materials. De bløde aktuatorer er lavet ved at bruge dielektriske elastomerer, der er bløde materialer med stærke isolerende egenskaber. Når et elektrisk felt påføres, deformeres dielektriske elastomerer.

Efter at have forbedret elektroden ledningsevne, kunne aktuatoren opereres ved 500 Hertz. Dette er tilsvarende de tidligere brugte stive aktuatorer i robotter.

Et andet problem med bløde aktuatorer er, at systemet ofte bliver ustabil. For at komme udenom dette udviklede forskerne en letvægts ramme. Den bestod af et stykke lodret begrænsende tråd for at forhindre, at aktuatoren bukkede.

Flyveevne

Inden for de små skala robotter kan de bløde aktuatorer udskiftes og samles let. Forskerne udviklede flere forskellige modeller af den blødt drevne RoboBee for at vise de forskellige flyveegenskaber.

En af modellerne har to vinger og kan lette fra jorden. Men denne model har ingen yderligere kontrol. En fire-vinged, to-aktuator model kan flyve i en overfyldt omgang. Inden for en enkelt flyvning kan RoboBee undgå multiple sammenstød.

Elizabeth Farrell Helbling er en tidligere ph.d.-studerende ved SEAS og har medforfattet artiklen.

“En fordel ved små skala robotter er deres robusthed over for ydre påvirkninger,” sagde hun. “Den bløde aktuator giver en ekstra fordel, fordi den kan absorbere påvirkning bedre end traditionelle aktueringsstrategier. Dette ville være nyttigt i potentielle anvendelser såsom flyvning gennem ruiner til redningsaktioner.”

En anden model er den otte-vinged, fire-aktuator RoboBee. Den kan udføre kontrolleret svæveflyvning, hvilket er første gang, det er demonstreret af en blødt drevet flyvende mikrorobot.

Hvad kommer herefter?

Forskerne søger nu at øge effekten af den blødt drevne RoboBee. Den har stadig langt tilbage, før den kan indhente traditionelle flyvende robotter.

Robert Wood er en Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences ved SEAS. Han er også en kerneforsker ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering og seniorforfatter af artiklen.

“Bløde aktuatorer med muskel-lignende egenskaber og elektrisk aktivering repræsenterer en stor udfordring i robotteknologi,” siger Professor Wood. “Hvis vi kunne udvikle højpræstations kunstige muskler, er himlen grænsen for, hvad robotter vi kunne bygge.”