Tutkijat kehittivät kestävän RoboBee-robottiin pehmeitä lihaksia

Harvardin yliopiston Harvard Microrobotics Laboratoryssa ja Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering -tutkimuslaitoksessa työskentelevät tutkijat ovat kehittäneet RoboBee-robottiin, joka on varustettu pehmeillä keinotekoisilla lihaksilla. Mikrorobotti on kykeneväinen törmäämään seinään, putoamaan maahan ja törmäämään muihin RoboBee-roboteihin ilman vahinkoa. Tämä on suuri askel robotiikan kehityksessä, ja RoboBee on ensimmäinen mikrorobotti, joka on varustettu pehmeillä aktuaattoreilla ja pystyy suorittamaan ohjatun lennon.

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

“On ollut suuri pyrkimys mikrorobotiikan alalla kehittää liikkuvia roboteja pehmeistä aktuaattoreista, koska ne ovat niin kestäviä”, Chen sanoi. “Monet alan tutkijat ovat kuitenkin olleet epäileviä siitä, voidaanko niitä käyttää lentävissä robooteissa, koska näiden aktuaattorien tehokkuus ei ole ollut tarpeeksi korkea ja ne ovat vaikeita ohjattavia. Meidän aktuaattorimme tehokkuus ja ohjattavuus ovat tarpeeksi hyviä saavuttaaksemme leijuvan lennon.”

Tutkimus julkaistiin Nature -tiedelehdessä.

Ongelmat, joita tutkijat kohtasivat

Yksi ongelmista, joiden kanssa tutkijat kamppailivat, oli tehokkuus. He katsoivat sähköllä toimivat pehmeät aktuaattorit, jotka kehitettiin David Clarken laboratoriossa. Pehmeät aktuaattorit valmistetaan käyttämällä dielektrisiä elastomeereja, jotka ovat pehmeitä materiaaleja, joilla on vahvat eristeominaisuudet. Kun sähkökenttä käytetään, dielektriset elastomeerit muuttavat muotoa.

Aktuaattorin johtavuuden parantamisen jälkeen se pystyi toimimaan 500 Hertsin taajuudella. Tämä on samankaltainen kuin aiemmin käytetyt jäykät aktuaattorit robooteissa.

Yksi muista ongelmista pehmeiden aktuaattorien kanssa on, että järjestelmä usein muuttuu epävakaa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat kehittivät kevyen ilmarakenteen, joka koostui pystysuorasta rajoittamislangasta, jotta aktuaattori ei vääntynyt.

Lentokyky

Pienissä roboteissa pehmeät aktuaattorit voidaan vaihtaa ja koota helposti. Tutkijat kehittivät useita eri malleja pehmeävoimaisista RoboBeista, jotta he voisivat esittää erilaisia lentokykyjä.

Yhdessä mallissa on kaksi siipeä, ja se pystyy lähtemään maasta. Tämä malli ei kuitenkaan ole ohjattavissa. Neljän siiven ja kahden aktuaattorin malli pystyy lentämään tiheässä 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 robooteissa olevista etuoikeuksista on niiden kestävyys ulkoisia iskuja vastaan”, hän sanoi. “Pehmeä aktuaattori tarjoaa lisäetua, koska se pystyy absorboida iskun paremmin kuin perinteiset ohjausstrategiat. Tämä olisi hyödyllistä mahdollisissa sovelluksissa, kuten lentäminen romun läpi etsintä- ja pelastustehtävissä.”

Yhdessä mallissa on kahdeksan siipeä ja neljä aktuaattoria. Se pystyy suorittamaan ohjatun leijuvan lennon, mikä on ensimmäinen kerta, kun pehmeävoimainen lentävä mikrorobotti on pystynyt tähän.

Mitä seuraavaksi?

Tutkijat ovat nyt pyrkimässä parantamaan pehmeävoimaisen RoboBeen tehokkuutta. Sillä on vielä pitkä matka ennen kuin se pystyy kilpailemaan perinteisten lentävien robotien kanssa.

Robert Wood on Charles Riverin professori insinööritieteestä ja sovelletussa tieteessä SEAS:ssa. Hän on myös Wyss Institute for Biologically Inspired Engineeringin ydinhenkilöstön jäsen ja tutkimuksen senior-tekijä.

“Pehmeät aktuaattorit, joilla on lihasmaiset ominaisuudet ja sähköinen aktivaatio, edustavat suurta haastetta robotiikassa”, Professori Wood sanoi. “Jos voisimme kehittää korkean suorituskyvyn keinotekoiset lihakset, taivas on rajana siitä, mitä roboteja voisimme rakentaa.”