Νέα Τεχνική Βελτιώνει την Απόδοση των Ιπτάμενων Μικρορομποτ

Ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνική κατασκευής που επιτρέπει την παραγωγή χαμηλής τάσης, πυκνής ενέργειας, υψηλής αντοχής μαλακών ενεργοποιητών για αεροπορικούς μικρορομποτ. Οι τεχνητοί μύες βελτιώνουν το φορτίο του ρομποτ και του επιτρέπουν να επιτύχει την καλύτερη απόδοση στο-hovering.

Τεχνητοί Μύες Με Λιγότερες Ελαττώματα

Οι μαλακοί ενεργοποιητές λειτουργούν με τάση 75 τοις εκατό χαμηλότερη από τις τρέχουσες εκδόσεις και μεταφέρουν 80 τοις εκατό περισσότερο φορτίο. Οι τεχνητοί μύες που παράγονται με τη τεχνική κατασκευής έχουν επίσης λιγότερα ελαττώματα, τα οποία επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής των компонентів.

Ο Kevin Chen είναι ο D. Reid Weedon, Jr. ‘41 βοηθός καθηγητής στο Τμήμα Ηλεκτρολογικών Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών. Είναι επίσης ο επικεφαλής του Εργαστηρίου Μαλακών και Μικρορομποτικής στο Εργαστήριο Έρευνας Ηλεκτρονικής (RLE) και старший συγγραφέας της έρευνας.

“Αυτό ανοίγει πολλές ευκαιρίες για το μέλλον μας να μεταβούμε στη τοποθέτηση ηλεκτρονικών στο μικρορομποτ. Οι άνθρωποι έχουν την τάση να σκέφτονται ότι οι μαλακοί ρομποτ δεν είναι τόσο ικανοί όσο οι σκληροί ρομποτ. Αποδεικνύουμε ότι αυτό το ρομποτ, που ζυγίζει λιγότερο από ένα γραμμάριο, πετάει για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα με το μικρότερο σφάλμα κατά τη διάρκεια της πτήσης. Το μήνυμα είναι ότι οι μαλακοί ρομποτ μπορούν να υπερβούν την απόδοση των σκληρών ρομποτ”, λέει ο Chen.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Advanced Materials.

Ο ορθογώνιος ρομποτ ζυγίζει λιγότερο από ένα τέταρτο του einem πεννί, και έχει τέσσερις σειρές φτερών που οδηγούνται από έναν μαλακό ενεργοποιητή. Οι μυοειδείς ενεργοποιητές αποτελούνται από στρώματα ελαστομέρου που βρίσκονται μεταξύ δύο λεπτών ηλεκτροδίων. Όταν εφαρμοστεί τάση στον ενεργοποιητή, τα ηλεκτρόδια συμπιέζουν το ελαστομέρο, με αποτέλεσμα μια μηχανική παραμόρφωση που κουνά το φτερό.

Η ομάδα ήταν σε θέση να δημιουργήσει έναν ενεργοποιητή με 20 στρώματα, τα οποία μετρούν 10 μικρόμετρα σε πάχος.

Διαδικασία Spin Coating

Ένα από τα κύρια εμπόδια που αντιμετώπισε η ομάδα ήταν η διαδικασία spin coating, η οποία περιλαμβάνει την έκχυση ενός ελαστομέρου σε μια επίπεδη επιφάνεια και τη γρήγορη περιστροφή. Η κεντρομόλος δύναμη έχει ως αποτέλεσμα η ταινία να τραβηχτεί προς τα έξω και να γίνει λεπτότερη.

“Σε αυτή τη διαδικασία, ο αέρας επιστρέφει στο ελαστομέρο και δημιουργεί πολλές μικροσκοπικές φυσαλίδες αέρα. Ο διάμετρος αυτών των φυσαλίδων είναι σχεδόν 1 μικρόμετρο, οπότε προηγουμένως τα αγνοούσαμε. Αλλά όταν παίρνουμε λεπτότερα και λεπτότερα στρώματα, η επίδραση των φυσαλίδων γίνεται ισχυρότερη και ισχυρότερη. Αυτό είναι παραδοσιακά το λόγο για τον οποίο οι άνθρωποι δεν ήταν σε θέση να κάνουν αυτά τα πολύ λεπτά στρώματα”, εξηγεί ο Chen.

Με την εκτέλεση μιας διαδικασίας κενώματος αμέσως μετά το spin coating, οι φυσαλίδες αέρα αφαιρούνται και το ελαστομέρο μπορεί να ψηθεί για να στεγνώσει.

Με την αφαίρεση αυτών των ελαττωμάτων, η απόδοση της ισχύος του ενεργοποιητή αυξάνεται περισσότερο από 300 τοις εκατό, και η διάρκεια ζωής του βελτιώνεται σημαντικά.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτές τις τεχνικές για να δημιουργήσουν τον 20-στρώματο τεχνητό μυ, ο οποίος στη συνέχεια δοκιμάστηκε ενάντια στην προηγούμενη 6-στρώματη έκδοση και τις ακριβείς, σκληρές ενεργοποιητές.

Ο 20-στρώματος ενεργοποιητής, που απαιτεί λιγότερο από 500 βόλτ για να λειτουργήσει, εξercised αρκετή δύναμη για να δώσει στο ρομποτ μια αναλογία ανύψωσης-βάρους 3,7 προς 1, που σημαίνει ότι θα μπορούσε να μεταφέρει αντικείμενα περίπου τρεις φορές το βάρος του.

Η ομάδα cũng πραγματοποίησε με επιτυχία μια πτήση 20 δευτερολέπτων, η οποία σύμφωνα με τον Chen, είναι η μακρύτερη που έχει καταγραφεί ποτέ από ένα υπογραμμάριο ρομποτ.

“Πριν από δύο χρόνια, δημιουργήσαμε τον πιο πυκνό ενεργοποιητή και几乎 δεν μπορούσε να πετάξει. Αρχίσαμε να σκεφτόμαστε, μπορούν οι μαλακοί ρομποτ να ανταγωνιστούν τους σκληρούς ρομποτ; Παρατηρήσαμε ένα ελάττωμα μετά το άλλο, οπότε συνέχισα να δουλεύω και λύσαμε ένα πρόβλημα κατασκευής μετά το άλλο, και τώρα η απόδοση του μαλακού ενεργοποιητή είναι ισόπαλη. Είναι ακόμη λίγο καλύτερη από τις ακριβείς σκληρές. Και υπάρχουν ακόμη πολλά fabrication процессы στη υλική επιστήμη που δεν καταλαβαίνουμε. Οπότε, είμαι πολύ ενθουσιασμένος να συνεχίσω να μειώνω την τάση ενεργοποίησης”, λέει.

Η ομάδα jetzt κοιτάζει μεθόδους που είναι πιο ακριβείς από το spin coating για να κάνουν τα στρώματα λεπτότερα. Ο Chen ελπίζει ότι το πάχος μπορεί να μειωθεί xuống σε μόλις 1 μικρόμετρο.