Forscher entwickeln äußerst geschickten Mikroroboter

Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und des Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering haben einen äußerst geschickten Mikroroboter entwickelt. HAMR-JR ist eine Halbversion des zuvor entwickelten, von Kakerlaken inspirierten Harvard Ambulatory Microrobot (HAMR). 

Der HAMR-JR hat nur die Größe eines Pennys, ist aber in der Lage, alle Aufgaben des größeren HAMR zu erfüllen. Es ist einer der geschicktesten Mikrobots, die je geschaffen wurden. 

Die Forschung mit dem Titel „Verkleinerung eines insektengroßen Mikroroboters, HAMR-VI, zu HAMR-Jr„wurde virtuell auf der International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2020) präsentiert.

Kaushik Jayaram ist ein ehemaliger Postdoktorand bei SEAS und Wyss sowie der Erstautor der Arbeit. Jayaram ist außerdem Assistenzprofessor an der University of Colorado, Boulder.

„Die meisten Roboter dieser Größenordnung sind recht einfach und verfügen nur über grundlegende Mobilität“, sagte Jayaram. „Wir haben gezeigt, dass man bei der Größe keine Kompromisse bei Geschicklichkeit oder Kontrolle eingehen muss.“"

Eine der Aufgaben des Projekts bestand darin, herauszufinden, ob der Pop-up-Herstellungsprozess, der zum Bau früherer Versionen von HAMR und Mikrobots wie dem RoboBee verwendet wurde, zum Bau von Robotern in mehreren Maßstäben verwendet werden kann. Dies kann so klein sein wie ein chirurgischer Roboter oder so groß wie ein Industrieroboter. 

PC-MEMS

Der zum Bau von HAMR-JR verwendete Prozess wird als mikroelektromechanische Systeme mit gedruckten Schaltkreisen oder PC-MEMS bezeichnet. Bei diesem Verfahren werden die Komponenten des Roboters nach dem Einätzen in eine 3D-Platte in eine 2D-Struktur gebracht. Für den HAMR-JR wurde das 2D-Blattdesign des Roboters, der Aktuatoren und der integrierten Schaltkreise verkleinert, um einen kleineren Roboter mit den gleichen Funktionen zu schaffen.

„Das Wunderbare an dieser Übung ist, dass wir am vorherigen Design nichts ändern mussten“, sagte Jayaram. „Wir haben bewiesen, dass dieser Prozess auf praktisch jedes Gerät unterschiedlicher Größe angewendet werden kann.“

HAMR-JR verkleinern

HAMR-JR hat eine Körperlänge von nur 2.25 Zentimetern und ein Gewicht von 0.3 Gramm. Er ist nicht nur einer der kleinsten Mikroroboter, sondern auch einer der schnellsten und kann 14 Körperlängen pro Sekunde bewegen. 

Prinzipien wie Schrittlänge und Gelenksteifigkeit werden beeinflusst, wenn der Roboter verkleinert wird. Um dies zu umgehen, haben die Forscher außerdem ein Modell entwickelt, das in der Lage ist, Fortbewegungsmetriken wie Laufgeschwindigkeit, Fußkräfte und Nutzlast abhängig von der Zielgröße vorherzusagen. Mit diesem Modell kann ein System mit den richtigen Spezifikationen entwickelt werden. 

Robert Wood ist Co-Autor des Artikels und Charles River Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften in SEAS. Er ist außerdem Kernfakultätsmitglied des Wyss. 

„Dieser neue Roboter zeigt, dass wir die theoretischen und praktischen Aspekte der Verkleinerung komplexer Roboter mithilfe unseres faltbasierten Montageansatzes gut beherrschen“, sagte Wood.

Die Forschung wurde von DARPA und dem Wyss Institute unterstützt. 

Weitere Co-Autoren waren Jennifer Shum, Samantha Castellanos und E. Farrell Helbling.