Robot Insetti-Scala Emittenti Luce Durante il Volo

Un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology si è ispirato alle lucciole per creare attuatori morbidi che possono emettere luce in diversi colori o pattern durante il volo. I muscoli artificiali controllano le ali dei robot volanti e si illuminano quando sono in modalità di volo. Questo nuovo approccio fornisce un modo innovativo per tracciare i robot volanti e potrebbe aiutarli a comunicare.

La nuova ricerca è stata pubblicata su IEEE Robotics and Automation Letters.

I muscoli artificiali morbidi elettroluminescenti potrebbero essere utilizzati per una varietà di applicazioni. Ad esempio, i robot potrebbero svolgere un ruolo in una missione di ricerca e salvataggio, dove potrebbero trovare i superstiti e segnalare ad altri robot per aiuto.

Tracciamento e Abilitazione della Comunicazione

I robot microscala pesano solo un po’ più di una graffetta e la loro capacità di emettere luce potrebbe aiutarli a volare da soli al di fuori dell’ambiente di laboratorio. A causa del loro peso, i microbot non possono trasportare sensori, quindi i ricercatori dovevano tracciarli con telecamere infrarosse che faticano all’aperto. Tuttavia, il team ha trovato un nuovo metodo per tracciarli utilizzando la luce che emettono e tre telecamere smartphone.

Kevin Chen è il D. Reid Weedon, Jr. Assistant Professor nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica (EECS), il capo del Laboratorio di Robotica Morbida e Micro del Laboratorio di Ricerca Elettronica (RLE) e l’autore senior del documento.

“Se pensi a robot di larga scala, possono comunicare utilizzando molti strumenti diversi – Bluetooth, wireless, tutte quelle cose. Ma per un robot minuscolo e limitato nella potenza, siamo costretti a pensare a nuovi modi di comunicazione. Questo è un passo importante verso il volo di questi robot in ambienti esterni dove non abbiamo un sistema di tracciamento della motilità ben sintonizzato e all’avanguardia”, afferma Chen.

Far Brillare i Microrobot

Il team ha incorporato particelle elettroluminescenti minuscole nei muscoli artificiali, il che aggiunge solo il 2,5% di peso senza impattare sulle prestazioni di volo del robot.

Il gruppo di ricercatori aveva precedentemente sviluppato una nuova tecnica di fabbricazione per costruire attuatori morbidi che fanno oscillare le ali del robot. Sono creati alternando strati sottili di elastomero e elettrodi in nanotubo di carbonio in uno stack prima di arrotolarlo in un cilindro morbido. Dopo che una tensione è applicata al cilindro, gli elettrodi comprimono l’elastomero e questa deformazione fa oscillare le ali.

Per creare l’attuatore luminoso, il team ha inserito particelle di solfato di zinco elettroluminescenti nell’elastomero, ma ciò ha richiesto alcuni lavori.

I ricercatori hanno prima dovuto creare un elettrodo che non bloccasse la luce. Hanno fatto ciò utilizzando nanotubi di carbonio altamente trasparenti, che consentono alla luce di passare. Anche con questi nanotubi, le particelle di zinco richiedevano ancora un campo elettrico molto forte e ad alta frequenza per illuminarsi. Il campo elettrico eccita gli elettroni nelle particelle di zinco, facendole emettere particelle subatomiche di luce, o fotoni. Un campo elettrico forte è stato quindi creato con un’alta tensione nell’attuatore morbido e utilizzato per azionare il robot ad alta frequenza. Questo processo ha consentito alle particelle di illuminarsi.

“Tradizionalmente, i materiali elettroluminescenti sono molto costosi in termini energetici, ma in un certo senso, otteniamo quell’elettroluminescenza gratuitamente perché utilizziamo solo il campo elettrico alla frequenza di cui abbiamo bisogno per volare. Non abbiamo bisogno di una nuova azionatura, nuovi fili o nulla. Ciò richiede solo il 3% di energia in più per emettere luce”, afferma Chen.

Il team ha scoperto che l’aggiunta di particelle di zinco ha ridotto la qualità dell’attuatore, quindi sono state mescolate solo nel livello superiore di elastomero. Ciò ha reso l’attuatore circa il 2,5% più pesante, ma poteva emettere luce senza impattare sulle prestazioni di volo.

“Abbiamo messo molta cura nel mantenere la qualità degli strati di elastomero tra gli elettrodi. Aggiungere queste particelle era quasi come aggiungere polvere al nostro livello di elastomero. Ha richiesto molti approcci diversi e molte prove, ma abbiamo trovato un modo per garantire la qualità dell’attuatore”, afferma Kim.

Regolando la combinazione chimica delle particelle di zinco, il colore della luce può essere cambiato. Il team ha creato particelle arancioni, verdi e blu, con ogni attuatore che emette un solo colore solido.

Il team ha anche abilitato gli attuatori a emettere luce multicolore e a motivi, posizionando una maschera sul livello superiore, aggiungendo particelle di zinco e poi curando l’attuatore.

Sistema di Tracciamento della Motilità

Il passo successivo è stato testare le proprietà meccaniche degli attuatori e misurare l’intensità della luce. Hanno eseguito test di volo con un sistema di tracciamento della motilità appositamente progettato, utilizzando telecamere iPhone per tracciare ogni attuatore elettroluminescente, che funge da marcatura attiva. Dopo che le telecamere rilevano ogni colore di luce, un programma del computer traccia la posizione dei robot.

“Siamo molto orgogliosi di quanto sia buon il risultato del tracciamento, rispetto allo stato dell’arte. Stavamo utilizzando hardware a buon mercato, rispetto ai sistemi di tracciamento della motilità di grandi dimensioni che costano decine di migliaia di dollari, e i risultati del tracciamento sono stati molto vicini”, afferma Chen.

Il team cercherà ora di migliorare il sistema di tracciamento della motilità per abilitare il tracciamento in tempo reale dei robot, nonché cercare di abilitare i microbot a spegnere e accendere la luce durante il volo.