Insekten-inspirierte Roboter überwachen komplexe Umgebungen

Forscher an der University of Pittsburgh haben winzige, insekten-inspirierte Roboter entwickelt, die in komplexen und engen Umgebungen eingesetzt werden können, die für Menschen schwer zugänglich sind.

Die neue Forschung mit dem Titel “Molekular gerichtete, geometrisch verriegelte, impulsive Aktuation ermöglicht Sub-Gramm-Skala-Motilität” wurde im Journal Advanced Materials Technologies veröffentlicht.

Bildgebung und Umweltbewertung

Junfeng Gao ist ein PhD-Student im Bereich Industrieingenieurwesen an der Swanson School of Engineering. Er leitete die Arbeit an den neu entwickelten Robotern.

“Diese Roboter könnten verwendet werden, um begrenzte Bereiche für die Bildgebung oder Umweltbewertung zu erreichen, Wasserproben zu entnehmen oder strukturelle Bewertungen durchzuführen”, sagte Gao. “Überall, wo Sie begrenzte Bereiche erreichen möchten – wo ein Insekt hingehen könnte, aber ein Mensch nicht – könnten diese Maschinen nützlich sein.”

Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, wie Forscher die Natur als Inspiration nutzen, um heutige Mikro-Roboter zu bauen. Winzige Kreaturen wie Mantis-Shrimps und Flöhe können sich über Oberflächen bewegen, indem sie impulsive Bewegungen nutzen, die energieeffizienter sind als das Kriechen. Diese Bewegungen wurden dann in den neuen Robotern aus polymerischem künstlichem Muskel nachgebildet.

Ravi Shankar ist Professor für Industrieingenieurwesen an der Pitt. Er leitet das Labor, das die neue Forschung durchgeführt hat.

“Es ist ähnlich wie das Laden eines Pfeils in eine Bogensehne und das Abschießen – die Roboter verriegeln, um Energie aufzubauen, und dann释en sie diese Energie in einem impulsiven Schub, um vorwärts zu springen”, sagte Shankar. “Normalerweise ist die Aktuation in den künstlichen Muskeln, mit denen wir arbeiten, ziemlich langsam. Wir waren von der Frage angezogen, ‘Wie können wir diesen künstlichen Muskel nutzen, um eine Sprung-Aktuation zu erzeugen, anstatt einer langsamen Aktuation?'”

Umwälzung zur molekularen Ordnung und Geometrie

Um diese Frage zu beantworten, sah sich das Team die molekulare Ordnung und Geometrie an.

Mohsen Tabrizi ist ein PhD-Student im Bereich Industrieingenieurwesen an der Swanson School und Co-Autor der Forschung.

“Die gekrümmte Komposit-Form des Polymer-Muskels ermöglicht es, Energie aufzubauen, wenn er angetrieben wird. Die Art und Weise, wie die Moleküle im Muskel ausgerichtet sind, zieht Inspiration aus der natürlichen Welt, wo ihre kombinierte Aktuation Energie in die Struktur baut”, sagte Tabrizi. “Dies wird erreicht, indem nicht mehr als ein paar Volt Strom verwendet werden.”

Indem die cricket-großen Roboter so konzipiert werden, dass sie sowohl vielseitig als auch leicht sind, können sie sich über bewegliche Oberflächen wie Sand bewegen. Sie können diese Bewegungen genauso leicht ausführen wie über harte Oberflächen. Am beeindruckendsten ist, dass die Roboter über Wasser springen können.

Die Forschung umfasste auch den Co-Autor Arul Clement.