Robotik und physische KI
Forscher entwickeln weichen robotischen Käfer mit künstlichen Muskeln
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Forscher an der EPFL-Schule für Ingenieurwissenschaften haben eine Art weichen robotischen Käfer entwickelt, der künstliche Muskeln hat und der mit 3 cm pro Sekunde angetrieben werden kann.
Die jüngsten Fortschritte in der künstlichen Intelligenz (KI) und der Robotik bringen uns näher an eine Welt, die nicht vorhersehbar war. Es ist eine Welt, die solche Dinge wie Schwärme von robotischen Käfern enthält.
Es gab zwei verschiedene Versionen des weichen robotischen Käfers, der DEAnsect genannt wird, die von dem Team entwickelt wurden. Die erste war an ultra-dünne Drähte angeschlossen und ist extrem robust. Sie kann gefaltet werden und kann sogar nach einem Schlag mit einem Fliegenklatscher oder einem Schuh weiterhin bewegt werden.
Das zweite Modell, das von den Forschern entwickelt wurde, ist ein unabhängiges Modell. Es ist vollständig kabellos und autonom und wiegt weniger als 1 Gramm, auch wenn es eine Batterie und alle seine elektronischen Komponenten auf seinem Rücken trägt. Für das Gehirn des intelligenten robotischen Käfers gibt es einen Mikrocontroller und die Augen sind Photodioden. Dies ermöglicht es ihm, schwarze und weiße Muster zu erkennen, und der DEAnsect kann jede Linie verfolgen, die auf dem Boden gezeichnet wird.
Der DEAnsect war das Ergebnis der Arbeit eines Teams am Soft Transducers Laboratory (LMTS) der EPFL. Sie arbeiteten mit dem Integrated Actuators Laboratory (LAI) und Kollegen von der Universität Cergy-Pontoise, Frankreich. Die Forschung wurde kürzlich in Science Robotics veröffentlicht.
Der DEAnsect hat dielektrische Elastomer-Aktoren, oder DEAs. Sie sind eine Art künstlicher Muskel, der so dünn wie ein Menschenhaar ist, und er treibt den Käfer durch Vibrationen vorwärts. Die DEAs sind es, die den weichen robotischen Käfer so leicht und in der Lage machen, sich schnell zu bewegen. Die DEAs helfen dem weichen robotischen Käfer auch, verschiedene Umgebungen zu bewältigen, einschließlich wellenförmiger Oberflächen.
Die künstlichen Muskeln enthalten eine Elastomer-Membran, die zwischen zwei weichen Elektroden platziert ist. Wenn eine Spannung angelegt wird, sind die Elektroden miteinander verbunden, und die Membran wird komprimiert. Die Membran kehrt zu ihrer ursprünglichen Form zurück, wenn die Spannung wieder abgestellt wird.
Jedes der drei Beine des weichen robotischen Käfers hat diese Muskeln. Die Bewegung wird erzeugt, indem die Spannung ein- und ausgeschaltet wird, aber es muss sehr schnell erfolgen. Die tatsächliche Rate beträgt 400 Mal pro Sekunde, um den weichen robotischen Käfer anzutreiben.
Das Forschungsteam verließ sich auf Nanofabricationstechniken, um die künstlichen Muskeln bei niedrigeren Spannungen arbeiten zu lassen. Insbesondere reduzierten sie die Dicke der Elastomer-Membran. Sie entwickelten auch weiche, hochleitfähige Elektroden, die nur wenige Moleküle dick sind. Aufgrund dieses Designs konnten die Forscher die Größe der Stromquelle erheblich reduzieren.
Herbert Shea ist der Leiter von LMTS.
“DEAs arbeiten normalerweise bei einigen Kilovolt, was eine große Stromversorgungseinheit erfordert”, erklärt Shea. “Unser Design ermöglicht es dem Roboter, der selbst nur 0,2 Gramm wiegt, alles, was er benötigt, auf seinem Rücken zu tragen. Diese Technik eröffnet neue Möglichkeiten für die breite Anwendung von DEAs in der Robotik, für Schwärme intelligenter robotischer Käfer, für Inspektionen oder Remote-Reparaturen oder sogar für ein tieferes Verständnis von Käferkolonien, indem ein Roboter unter ihnen lebt.”
“Wir arbeiten derzeit an einer unabhängigen und vollständig weichen Version mit der Stanford-Universität”, sagt Shea. “Langfristig planen wir, neue Sensoren und Emittenten an die Käfer anzubringen, damit sie direkt miteinander kommunizieren können.”
