Tutkijat kehittivät kestävän RoboBee:n pehmeillä lihaksilla

Tutkijat Harvard Microrobotics Laboratory at the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS):ssä, yhdessä Wyss Institute for Biologically Inspired Engineeringin kanssa, ovat kehittäneet RoboBee:n, jota ohjataan pehmeillä keinotekoisilla lihaksilla. Mikrorobotti pystyy törmäämään seiniin, putoamaan maahan ja törmäämään muihin RoboBee:iin ilman vahinkoa. Tämä on suuri hetki robotiikassa, ja RoboBee on ensimmäinen mikrorobotti, jota ohjataan pehmeillä toimijoilla ja joka pystyy saavuttamaan ohjatun lentämisen.

Yufeng Chen on tutkimuksen ensisijainen tekijä ja entinen jatko-opiskelija ja postdoc-tutkija SEAS:ssa.

“On ollut suuri pyrkimys mikrorobotiikan alalla tehdä liikkuvia roboteja pehmeistä toimijoista, koska ne ovat niin kestäviä”, Chen sanoi. “Monet alan asiantuntijat ovat kuitenkin olleet epäileviä siitä, voidaanko niitä käyttää lentäviin roboteihin, koska näiden toimijoiden tehokkuus ei ole ollut tarpeeksi korkea, ja ne ovat tunnettuja hankaluuksista ohjattavuuden suhteen. Meidän toimijamme tehokkuus on tarpeeksi korkea ja ohjattavuus saavuttaa leijumisen.”

Tutkimus julkaistiin Nature-julkaisussa.

Ongelmat

Yksi ongelmista, joiden kanssa tutkijat kamppailivat, oli tehokkuus. He tutkivat sähköllä toimivia pehmeitä toimijoita, jotka kehitettiin David Clarken laboratoriossa, Extended Tarr Family Professor of Materials. Pehmeät toimijat valmistetaan käyttämällä dielektrisiä elastomeereja, jotka ovat pehmeitä materiaaleja, joilla on vahvat eristeominaisuudet. Kun sähkökenttä käytetään, dielektriset elastomeerit muuttavat muotoa.

Toimijan johtavuuden parantamisen jälkeen toimija pystyi toimimaan 500 Hertzin taajuudella. Tämä on vastaavaa aiemmin käytettyjä jäykkiä toimijoita roboteissa.

Yksi muista ongelmista pehmeiden toimijoiden kanssa on, että järjestelmä usein muuttuu epävakaa. Tämän ratkaisemiseksi tutkijat kehittivät kevyen ilmarakenteen. Se koostui pystysuoran rajoittavan langan palasta, joka esti toimijaa notkumasta.

Lentokyky

Pienissä roboteissa pehmeät toimijat voidaan vaihtaa ja koota helposti. Tutkijat kehittivät useita eri malleja pehmeästi voimalla varustetusta RoboBee:stä esittelemään erilaisia lentokykyjä.

Yhdessä mallissa on kaksi siipeä, ja se pystyy lähtemään maasta. Tämä malli ei kuitenkaan ole ohjattavissa. Neljän siiven ja kahden toimijan malli pystyy lentämään ruuhkaisessa ympäristössä. Yhden lennon aikana RoboBee pystyy välttämään useita törmäyksiä.

Elizabeth Farrell Helbling on entinen jatko-opiskelija SEAS:ssa, ja hän on yksi tutkimuksen tekijöistä.

“Yksi pienissä, kevyissä roboteissa olevista etuoikeuksista on niiden kestävyys ulkoisia iskuja vastaan”, hän sanoi. “Pehmeä toimija tarjoaa lisäetua, koska se pystyy absorboida iskun paremmin kuin perinteiset toimintastrategiat. Tämä olisi hyödyllistä mahdollisissa sovelluksissa, kuten lentäminen romun läpi etsintä- ja pelastustehtävissä.”

Toisessa mallissa on kahdeksan siipeä ja neljä toimijaa. Se pystyy suorittamaan ohjatun leijumisen, mikä on ensimmäinen kerta, kun pehmeästi voimalla varustettu lentävä mikrorobotti on osoittanut tämän.

Mitä seuraavaksi?

Tutkijat ovat nyt keskittyneet parantamaan pehmeästi voimalla varustetun RoboBee:n tehokkuutta. Sillä on vielä pitkä matka ennen kuin se pystyy kilpailemaan perinteisten lentävien robotien kanssa.

Robert Wood on Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences SEAS:ssa. Hän on myös Wyss Institute for Biologically Inspired Engineeringin ydinhenkilöstön jäsen ja tutkimuksen vanhempi tekijä.

“Pehmeät toimijat, joilla on lihasten kaltaiset ominaisuudet ja sähköinen aktivaatio, edustavat suurta haastetta robotiikassa”, Professori Wood sanoi. “Jos voisimme suunnitella korkean suorituskyvyn keinotekoisia lihaksia, taivas on rajana siitä, mitä roboteja voisimme rakentaa.”