Ρομποτικά insekt-κλίμακας που εκπέμπουν φως όταν πετούν

Μια ομάδα ερευνητών στο Massachusetts Institute of Technology εμπνεύστηκε από τις πυγολαμπίδες για να δημιουργήσει μαλακές ενεργοποιητές που μπορούν να εκπέμπουν φως σε διαφορετικά χρώματα ή σχέδια όταν πετούν. Τα τεχνητά μύες ελέγχουν τις πτέρυγες των ιπτάμενων ρομποτ και φωτίζουν όταν βρίσκονται σε λειτουργία πτήσης. Αυτή η νέα προσέγγιση παρέχει einen καινοτόμο τρόπο για να παρακολουθήσετε τα ιπτάμενα ρομποτ και μπορεί να τους βοηθήσει να επικοινωνούν.

Η νέα έρευνα δημοσιεύθηκε στο IEEE Robotics and Automation Letters.

Οι ηλεκτρολουμινέσεντες μαλακοί τεχνητοί μύες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για eine ποικιλία εφαρμογών. Για παράδειγμα, τα ρομποτ θα μπορούσαν να παίξουν ένα ρόλο σε μια αποστολή αναζήτησης και διάσωσης, όπου θα μπορούσαν να βρουν επιζώντες και να σenden σήματα σε άλλα ρομποτ για βοήθεια.

Παρακολούθηση και Ενεργοποίηση Επικοινωνίας

Τα μικρο-ρομποτ ζυγίζουν λίγο περισσότερο από ένα κλιπ για χαρτιά, και η ικανότητά τους να εκπέμπουν φως θα μπορούσε να τους βοηθήσει να πετούν μόνα τους έξω από το εργαστήριο. Λόγω του βάρους τους, τα μικρο-ρομποτ δεν μπορούν να μεταφέρουν κανένα αισθητήρα, πράγμα που σημαίνει ότι οι ερευνητές έπρεπε να τα παρακολουθήσουν με κάμερες υπέρυθρης ακτινοβολίας που δυσκολεύονται έξω. Ωστόσο, η ομάδα έχει αναπτύξει μια νέα μέθοδο για να τα παρακολουθήσει χρησιμοποιώντας το φως που εκπέμπουν και τρεις κάμερες smartphone.

Ο Kevin Chen είναι ο D. Reid Weedon, Jr. Επίκουρος Καθηγητής στο Τμήμα Ηλεκτρολογικής Μηχανικής και Επιστήμης Υπολογιστών (EECS), ο επικεφαλής του Εργαστηρίου Μαλακών και Μικρο-ρομποτικής στο Εργαστήριο Έρευνας Ηλεκτρονικής (RLE) και ο старший συγγραφέας του εγγράφου.

“Αν σκεφτείτε μεγάλα ρομποτ, μπορούν να επικοινωνούν χρησιμοποιώντας πολλά διαφορετικά εργαλεία — Bluetooth, ασύρματη, όλα αυτά τα πράγματα. Αλλά για ένα μικρό, περιορισμένο ρομποτ, μας αναγκάζουν να σκεφτόμαστε νέους τρόπους επικοινωνίας. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς την πτήση αυτών των ρομποτ σε εξωτερικά περιβάλλοντα όπου δεν έχουμε ένα καλά ρυθμισμένο, state-of-the-art σύστημα παρακολούθησης κίνησης,” λέει ο Chen.

Κάνωντας τα Μικρο-ρομποτ να Λάμψουν

Η ομάδα ενέ베ε μικροσκοπικές ηλεκτρολουμινέσεντες σωματίδια στους τεχνητούς μύες, τα οποία προστίθενται μόνο 2,5 τοις εκατό περισσότερο βάρος χωρίς να επηρεάζουν την απόδοση πτήσης του ρομποτ.

Η ομάδα ερευνητών είχε προηγουμένως αναπτύξει μια νέα τεχνική κατασκευής για να δημιουργήσει μαλακούς ενεργοποιητές που χτυπούν τις πτέρυγες του ρομποτ. Δημιουργούνται με εναλλαγή υπέρυθρων στρώσεων ελαστομέρου και ηλεκτροδίων από νανοσωλήνες άνθρακα σε ένα σωρό πριν από το κύλισμα σε einen σφουγγώδη κύλινδρο. Μετά από την εφαρμογή ενός電ικού πεδίου στο κύλινδρο, τα ηλεκτρόδια σφίγγουν το ελαστομέρο και αυτή η τάση προκαλεί τις πτέρυγες να χτυπούν.

Για να δημιουργήσουν τον λάμψαντα ενεργοποιητή, η ομάδα τοποθέτησε ηλεκτρολουμινέσεντες σωματίδια ψευδαργύρου στο ελαστομέρο, αλλά αυτό απαιτούσε κάποια δουλειά.

Οι ερευνητές πρώτα έπρεπε να δημιουργήσουν einen ηλεκτρόδιο που δεν θα μπλοκάρει το φως. Το έκαναν χρησιμοποιώντας υψηλά διαφανείς νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίες επιτρέπουν στο φως να περάσει. Ακόμη και με αυτές τις νανοσωλήνες, τα σωματίδια ψευδαργύρου vẫn χρειάζονταν einen πολύ ισχυρό και υψηλής συχνότητας ηλεκτρικό πεδίο για να λάμψουν. Το ηλεκτρικό πεδίο激ει τα ηλεκτρόνια στα σωματίδια ψευδαργύρου, προκαλώντας τα να εκπέμπουν υποατομικά σωματίδια φωτός, ή φωτόνια. Ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δημιουργήθηκε με υψηλή τάση στον μαλακό ενεργοποιητή και χρησιμοποιήθηκε για να οδηγήσει το ρομποτ σε υψηλή συχνότητα. Αυτή η διαδικασία επέτρεψε στα σωματίδια να λάμψουν.

“Παραδοσιακά, τα ηλεκτρολουμινέσεντα υλικά είναι πολύ ενεργειακά δαπανηρά, αλλά με έναν τρόπο, παίρνουμε αυτήν την ηλεκτρολουμινέσενση δωρεάν γιατί χρησιμοποιούμε το ηλεκτρικό πεδίο στη συχνότητα που χρειαζόμαστε για την πτήση. Δεν χρειαζόμαστε νέους ενεργοποιητές, νέα καλώδια ή τίποτα. Μόνο χρειαζόμαστε περίπου 3 τοις εκατό περισσότερη ενέργεια για να εκπέμψουμε φως,” λέει ο Chen.

Η ομάδα έμαθε ότι η προσθήκη σωματιδίων ψευδαργύρου μειώνει την ποιότητα του ενεργοποιητή, οπότε τα σωματίδια ψευδαργύρου αναμείχθηκαν μόνο στο επάνω στρώμα ελαστομέρου. Αυτό προκάλεσε τον ενεργοποιητή να είναι περίπου 2,5 τοις εκατό βαρύτερος, αλλά μπορούσε να εκπέμψει φως χωρίς να επηρεάσει την απόδοση πτήσης.

“Βάζουμε πολλή προσοχή για να διατηρήσουμε την ποιότητα των στρωμάτων ελαστομέρου μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η προσθήκη αυτών των σωματιδίων ήταν σχεδόν σαν να προσθέσουμε σκόνη στο στρώμα ελαστομέρου μας. Χρειάστηκαν πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις και πολλή δοκιμή, αλλά βρήκαμε έναν τρόπο να διατηρήσουμε την ποιότητα του ενεργοποιητή,” λέει ο Kim.

Με την điều chỉnh της χημικής σύνθεσης των σωματιδίων ψευδαργύρου, το χρώμα του φωτός μπορεί να αλλάξει. Η ομάδα δημιούργησε σωματίδια πορτοκαλί, πράσινα και μπλε, με κάθε ενεργοποιητή να λάμψει ένα στερεό χρώμα.

Η ομάδα επίσης επέτρεψε στους ενεργοποιητές να εκπέμψουν πολυχρωματικά και σχηματισμένα φώτα τοποθετώντας einen μάσκα στο επάνω στρώμα, προσθέτοντας σωματίδια ψευδαργύρου και στη συνέχεια θερμοθεραπεύοντας τον ενεργοποιητή.

Σύστημα Παρακολούθησης Κίνησης

Το επόμενο βήμα ήταν να δοκιμάσουν τις μηχανικές ιδιότητες των ενεργοποιητών και να μετρήσουν την ένταση του φωτός. Έτρεξαν δοκιμές πτήσης με ένα ειδικά σχεδιασμένο σύστημα παρακολούθησης κίνησης, με κάμερες iPhone που χρησιμοποιήθηκαν για να παρακολουθήσουν κάθε ηλεκτρολουμινέσεντη ενεργοποιητή, ο οποίος χρησίμευε ως ενεργός δείκτης. Μετά από την ανίχνευση κάθε χρώματος φωτός από τις κάμερες, ένα πρόγραμμα υπολογιστή παρακολουθεί τη θέση των ρομποτ.

“Είμαστε πολύ περήφανοι για το πόσο καλό είναι το αποτέλεσμα παρακολούθησης, σε σύγκριση με το state-of-the-art. Χρησιμοποιούσαμε φτηνό υλικό, σε σύγκριση με τις δεκάδες χιλιάδες δολάρια που κοστίζουν αυτά τα μεγάλα συστήματα παρακολούθησης κίνησης, και τα αποτελέσματα παρακολούθησης ήταν πολύ κοντά,” λέει ο Chen.

Η ομάδα θα προσπαθήσει τώρα να βελτιώσει το σύστημα παρακολούθησης κίνησης για να ermögουν την πραγματική παρακολούθηση των ρομποτ, καθώς και να προσπαθήσει να ermögουν τα μικρο-ρομποτ να σβήνουν και να ανάβουν το φως τους κατά τη διάρκεια της πτήσης.