Ερευνητές Ανάπτυξαν Ανθεκτικό RoboBee με Μαλακά Μουσκούλια

Ερευνητές στο Εργαστήριο Μικρορομποτικής του Χάρβαρντ στο Σχολείο Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Χάρβαρντ (SEAS), μαζί με το Ινστιτούτο Wyss για Βιομηχανικά Ενεργημένα Συστήματα, έχουν αναπτύξει ένα RoboBee που τροφοδοτείται από μαλακά τεχνητά μουσκούλια. Το μικρορομπότ είναι ικανό να συντριβεί σε τοίχους, να πέσει στο έδαφος και να συγκρουστεί με άλλα RoboBees χωρίς να υποστεί ζημιά. Σε ένα μεγάλο βήμα για τη ρομποτική, το RoboBee είναι το πρώτο μικρορομπότ που τροφοδοτείται από μαλακές ενεργοποιητές που είναι ικανό να επιτύχει ελεγχόμενο πτήση.

Ο Yufeng Chen είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας και πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής και μεταδιδάκτωρ στο SEAS.

“Υπήρχε μια μεγάλη πίεση στο πεδίο της μικρορομποτικής να κάνει κινητά ρομπότ από μαλακές ενεργοποιητές επειδή είναι τόσο ανθεκτικά”, είπε ο Chen. “Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι στο πεδίο έχουν αμφιβάλλει ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για ιπτάμενα ρομπότ επειδή η πυκνότητα ισχύος αυτών των ενεργοποιητών απλά δεν ήταν αρκετά υψηλή και είναι εξαιρετικά δύσκολο να ελεγχθούν. Ο ενεργοποιητής μας έχει αρκετά υψηλή πυκνότητα ισχύος και ελεγχόμενη για να επιτύχει πτήση στάθμευσης.”

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nature.

Προβλήματα που Αντιμετωπίστηκαν

Ένα από τα προβλήματα που αντιμετώπισαν οι ερευνητές ήταν η πυκνότητα ισχύος. Έψαξαν τους ηλεκτρικά κινητούς μαλακούς ενεργοποιητές που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο του David Clarke, του Καθηγητή Τεχνολογίας Υλικών. Οι μαλακοί ενεργοποιητές δημιουργούνται χρησιμοποιώντας διηλεκτρικά ελαστομερή, τα οποία είναι μαλακά υλικά με ισχυρές μόνωσης ιδιότητες. Όταν εφαρμοστεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα διηλεκτρικά ελαστομερή παραμορφώνονται.

Μετά την βελτίωση της αγωγιμότητας του ηλεκτροδίου, ο ενεργοποιητής ήταν σε θέση να λειτουργήσει στα 500 Hz. Αυτό είναι παρόμοιο με τους ρίγιδους ενεργοποιητές που χρησιμοποιούνται σε ρομπότ.

Ένα άλλο πρόβλημα με τους μαλακούς ενεργοποιητές είναι ότι το σύστημα συχνά γίνεται ασταθές. Για να ξεπεραστούν αυτά, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα ελαφρύ αεροσκάφος. Αποτελούταν από ένα κομμάτι κατασκευασμένου νήματος για να αποτρέψει τον ενεργοποιητή από το να λυγίσει.

Ικανότητα Πτήσης

Εντός των μικρών ρομποτικών, οι μαλακοί ενεργοποιητές μπορούν να ανταλλαχθούν και να συναρμολογηθούν εύκολα. Οι ερευνητές ανέπτυξαν πολλά διαφορετικά μοντέλα του μαλακού RoboBee για να επιδείξουν τις διάφορες ικανότητες πτήσης.

Ένα από τα μοντέλα έχει δύο πτέρυγες και μπορεί να απογειωθεί από το έδαφος. Ωστόσο, αυτό το μοντέλο δεν έχει περαιτέρω έλεγχο. Ένα μοντέλο με τέσσερις πτέρυγες και δύο ενεργοποιητές είναι ικανό να πετάξει σε一个 πολυσύχναστο περιβάλλον. Σε μια seule πτήση, το RoboBee είναι ικανό να αποφύγει πολλαπλά συντρίμμATA.

Η Elizabeth Farrell Helbling είναι μια πρώην μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο SEAS και συν-συγγραφέας της εργασίας.

“Ένα πλεονέκτημα των μικροσκοπικών, χαμηλής μάζας ρομποτών είναι η ανθεκτικότητά τους σε εξωτερικές επιδράσεις”, είπε. “Ο μαλακός ενεργοποιητής παρέχει ένα επιπλέον πλεονέκτημα επειδή μπορεί να απορροφήσει την επίδραση καλύτερα από τις παραδοσιακές στρατηγικές ενεργοποίησης. Αυτό θα ήταν χρήσιμο σε πιθανές εφαρμογές όπως η πτήση μέσα σε ερείπια για αποστολές έρευνας και διάσωσης.”

Ένα άλλο μοντέλο είναι το οκταπτέρυγο, τετρα-ενεργοποιητής RoboBee. Είναι ικανό να εκτελέσει ελεγχόμενη πτήση στάθμευσης, η οποία είναι η πρώτη φορά που έχει επιτευχθεί από ένα μαλακό ιπτάμενο μικρορομπότ.

Τι Επόμενο;

Οι ερευνητές τώρα επιδιώκουν να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα του μαλακού RoboBee. Ακόμη έχει ένα μεγάλο δρόμο να διανύσει trước από το να φτάσει τους παραδοσιακούς ιπτάμενους ρομπότ.

Ο Robert Wood είναι Καθηγητής Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών στο SEAS. Είναι επίσης βασικό μέλος του Ινστιτούτου Wyss για Βιομηχανικά Ενεργημένα Συστήματα και senior συγγραφέας της εργασίας.

“Μαλακοί ενεργοποιητές με ιδιότητες μυών και ηλεκτρική ενεργοποίηση αντιπροσωπεύουν μια μεγάλη πρόκληση στη ρομποτική”, λέει ο Καθηγητής Wood. “Εάν μπορούσαμε να σχεδιάσουμε υψηλής απόδοσης τεχνητά μυς, ο ουρανός είναι ο ορίζοντας για τα ρομπότ που θα μπορούσαμε να κατασκευάσουμε.”