कीट-स्तर के रोबोट उड़ान के दौरान प्रकाश उत्पन्न करते हैं

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में शोधकर्ताओं की एक टीम आग के कीड़े से प्रेरित होकर नरम एक्ट्यूएटर बनाने के लिए जो उड़ान के दौरान विभिन्न रंगों या पैटर्न में प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं। कृत्रिम मांसपेशियां उड़ान रोबोट के पंखों को नियंत्रित करती हैं, और वे उड़ान मोड में होने पर रोशनी करती हैं। यह नया दृष्टिकोण उड़ान रोबोट को ट्रैक करने और उन्हें संवाद करने में मदद करने का एक अभिनव तरीका प्रदान करता है।

नई अनुसंधान आईईईई रोबोटिक्स और ऑटोमेशन लेटर्स में प्रकाशित की गई है।

इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट नरम कृत्रिम मांसपेशियों का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, रोबोट एक खोज और बचाव मिशन में भूमिका निभा सकते हैं, जहां वे बचे हुए लोगों को ढूंढ सकते हैं और अन्य रोबोटों को मदद के लिए संकेत दे सकते हैं।

ट्रैकिंग और संचार को सक्षम करना

माइक्रोस्केल रोबोट एक पेपरक्लिप से थोड़ा अधिक वजन करते हैं, और उनकी रोशनी उत्पन्न करने की क्षमता उन्हें प्रयोगशाला के बाहर अपने दम पर उड़ने में मदद कर सकती है। उनके वजन के कारण, माइक्रोबोट्स किसी भी सेंसर को ले जाने में सक्षम नहीं हैं, जिसका अर्थ है कि शोधकर्ताओं को उन्हें इन्फ्रारेड कैमरों के साथ ट्रैक करना पड़ता है जो बाहर संघर्ष करते हैं। हालांकि, टीम ने उन्हें ट्रैक करने के लिए एक नए तरीके के साथ आने के लिए तीन स्मार्टफोन कैमरों और वे प्रकाश का उपयोग किया है।

केविन चेन इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस (ईईसीएस) विभाग में डी। रीड वीडन, जूनियर। सहायक प्रोफेसर हैं, रिसर्च लेबोरेटरी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स (आरएलई) में सॉफ्ट एंड माइक्रो रोबोटिक्स लेबोरेटरी के प्रमुख हैं, और पेपर के वरिष्ठ लेखक हैं।

“यदि आप बड़े पैमाने पर रोबोटों के बारे में सोचते हैं, तो वे ब्लूटूथ, वायरलेस, सभी प्रकार के उपकरणों का उपयोग करके संवाद कर सकते हैं। लेकिन एक छोटे, शक्ति-सीमित रोबोट के लिए, हमें नए संचार मोड के बारे में सोचने के लिए मजबूर होना पड़ता है। यह बाहरी वातावरण में उड़ान भरने वाले रोबोटों की ओर एक बड़ा कदम है, जहां हमारे पास एक अच्छी तरह से ट्यून किया गया, राज्य-ऑफ-द-आर्ट मोशन ट्रैकिंग सिस्टम नहीं है,” चेन कहते हैं।

माइक्रोरोबोट्स को चमकाना

टीम ने कृत्रिम मांसपेशियों में छोटे इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट कणों को एम्बेड किया, जो केवल 2.5 प्रतिशत अधिक वजन जोड़ते हैं और रोबोट के उड़ान प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करते हैं।

शोधकर्ताओं के समूह ने पहले एक नए फैब्रिकेशन तकनीक को विकसित किया था जो रोबोट के पंखों को फ्लैप करने वाले नरम एक्ट्यूएटर बनाने के लिए। वे एक स्टैक में इलास्टोमर और कार्बन नैनोट्यूब इलेक्ट्रोड की अल्ट्राथिन परतों को वैकल्पिक करके बनाए जाते हैं और फिर इसे एक स्क्विशी सिलेंडर में रोल किया जाता है। सिलेंडर में एक वोल्टेज लगाने के बाद, इलेक्ट्रोड इलास्टोमर को निचोड़ते हैं, और यह तनाव पंखों को फ्लैप करने का कारण बनता है।

चमकते एक्ट्यूएटर बनाने के लिए, टीम ने इलास्टोमर में इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट जिंक सल्फेट कण रखे, लेकिन इसके लिए कुछ काम करने की आवश्यकता थी।

शोधकर्ताओं ने पहले एक इलेक्ट्रोड बनाना था जो प्रकाश को ब्लॉक नहीं करेगा। उन्होंने इसके लिए उच्च पारदर्शी कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग किया, जो प्रकाश को गुजरने देते हैं। इन नैनोट्यूब के साथ भी, जिंक कणों को रोशन करने के लिए एक बहुत मजबूत और उच्च-आवृत्ति विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता थी। इलेक्ट्रोफील्ड जिंक कणों में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है, जिससे वे प्रकाश के उपपरमाण्विक कण, या फोटॉन उत्पन्न करते हैं। एक मजबूत विद्युत क्षेत्र को नरम एक्ट्यूएटर में एक उच्च वोल्टेज के साथ बनाया गया था, और इसका उपयोग रोबोट को उच्च आवृत्ति पर चलाने के लिए किया गया था। इस प्रक्रिया ने कणों को रोशन करने की अनुमति दी।

“पारंपरिक रूप से, इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट सामग्री बहुत ऊर्जा-गहन होती है, लेकिन एक अर्थ में, हमें यह इलेक्ट्रोलुमिनेसेंस मुफ्त में मिलता है क्योंकि हम केवल उड़ान के लिए आवश्यक आवृत्ति पर विद्युत क्षेत्र का उपयोग करते हैं। हमें नए एक्ट्यूएशन, नए तार, या कुछ भी नहीं चाहिए। यह केवल लगभग 3 प्रतिशत अधिक ऊर्जा लेता है प्रकाश को चमकने के लिए,” चेन कहते हैं।

टीम ने पाया कि जिंक कणों के जोड़ने से एक्ट्यूएटर की गुणवत्ता कम हो जाती है, इसलिए वे केवल शीर्ष इलास्टोमर परत में मिलाए गए थे। इसके परिणामस्वरूप एक्ट्यूएटर लगभग 2.5 प्रतिशत भारी हो गया, लेकिन यह उड़ान प्रदर्शन को प्रभावित किए बिना प्रकाश उत्पन्न कर सकता था।

“हमने इलेक्ट्रोड के बीच इलास्टोमर परतों की गुणवत्ता बनाए रखने में बहुत सावधानी बरती। इन कणों को जोड़ना लगभग हमारी इलास्टोमर परत में धूल जोड़ने जैसा था। इसमें कई अलग-अलग दृष्टिकोण और बहुत सारे परीक्षण लगे, लेकिन हमने एक्ट्यूएटर की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए एक तरीका निकाला,” किम कहते हैं।

जिंक कणों के रासायनिक संयोजन को समायोजित करके, प्रकाश का रंग बदला जा सकता है। टीम ने नारंगी, हरे और नीले कण बनाए, प्रत्येक एक्ट्यूएटर एक ठोस रंग में चमकता है।

टीम ने एक्ट्यूएटर को मल्टीकलर और पैटर्न वाला प्रकाश उत्पन्न करने के लिए भी सक्षम किया एक मास्क को शीर्ष परत पर रखकर, जिंक कण जोड़कर, और फिर एक्ट्यूएटर को क्यूरिंग करके।

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मोशन ट्रैकिंग सिस्टम

अगला कदम एक्ट्यूएटर के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करना और प्रकाश की तीव्रता को मापना था। उन्होंने एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए मोशन-ट्रैकिंग सिस्टम के साथ उड़ान परीक्षण चलाए, जिसमें आईफ़ोन कैमरों का उपयोग प्रत्येक इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट एक्ट्यूएटर को ट्रैक करने के लिए किया गया था, जो एक सक्रिय मार्कर के रूप में कार्य करता था। कैमरे प्रत्येक प्रकाश रंग का पता लगाने के बाद, एक कंप्यूटर प्रोग्राम रोबोट की स्थिति को ट्रैक करता है।

“हम ट्रैकिंग परिणाम की गुणवत्ता से बहुत गर्व महसूस कर रहे हैं, जो राज्य-ऑफ-द-आर्ट की तुलना में है। हम सस्ते हार्डवेयर का उपयोग कर रहे थे, जो इन बड़े मोशन-ट्रैकिंग सिस्टम की तुलना में जो दसियों हज़ारों डॉलर खर्च करते हैं, और ट्रैकिंग परिणाम बहुत करीब थे,” चेन कहते हैं।

टीम अब मोशन ट्रैकिंग सिस्टम को बढ़ाने की कोशिश करेगी ताकि रोबोटों की वास्तविक समय ट्रैकिंग को सक्षम किया जा सके, साथ ही उन्हें उड़ान के दौरान अपनी रोशनी चालू और बंद करने में सक्षम बनाने का प्रयास करेगी।