Nuova Tecnica Migliora le Prestazioni dei Microbot Volanti

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno sviluppato una nuova tecnica di fabbricazione che consente la produzione di attuatori morbidi a bassa tensione, ad alta densità di potenza e ad alta resistenza per microrobot aerei. I muscoli artificiali migliorano il carico del robot e gli consentono di raggiungere prestazioni di hovering di classe mondiale.

Muscoli Artificiali con Meno Difetti

Gli attuatori morbidi funzionano con una tensione inferiore del 75% rispetto alle versioni attuali e trasportano un carico del 80% superiore. I muscoli artificiali prodotti con la tecnica di fabbricazione hanno anche meno difetti, il che prolunga la durata di vita dei componenti.

Kevin Chen è il professore assistente D. Reid Weedon, Jr. ’41 nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica. È anche il capo del Laboratorio di Robotica Morbida e Micro nel Laboratorio di Ricerca di Elettronica (RLE) e autore principale della ricerca.

“Ciò apre molte opportunità future per noi per passare a mettere elettronica di potenza sul microrobot. Le persone tendono a pensare che i robot morbidi non siano così capaci come i robot rigidi. Dimostriamo che questo robot, che pesa meno di un grammo, vola per il tempo più lungo con il minimo errore durante un volo di hovering. Il messaggio principale è che i robot morbidi possono superare le prestazioni dei robot rigidi”, afferma Chen.

La ricerca è stata pubblicata su Advanced Materials.

Il robot rettangolare pesa meno di un quarto di penny e ha quattro set di ali, ognuno azionato da un attuatore morbido. Gli attuatori simili a muscoli sono composti da strati di elastomero che si trovano tra due elettrodi sottili. Quando si applica una tensione all’attuatore, gli elettrodi comprimono l’elastomero, provocando una deformazione meccanica che fa oscillare l’ala.

Il team è riuscito a creare un attuatore con 20 strati, ognuno spesso 10 micrometri.

Processo di Rivestimento per Spin

Uno degli ostacoli principali affrontati dal team è stato il processo di rivestimento per spin, che prevede l’elastomero versato su una superficie piatta e ruotato rapidamente. La forza centrifuga fa sì che il film venga tirato verso l’esterno per diventare più sottile.

“In questo processo, l’aria torna nell’elastomero e crea molte bolle d’aria microscopiche. Il diametro di queste bolle d’aria è a malapena di 1 micrometro, quindi in precedenza le abbiamo semplicemente ignorate. Ma quando si ottengono strati sempre più sottili, l’effetto delle bolle d’aria diventa più forte e più forte. È tradizionalmente il motivo per cui le persone non sono riuscite a creare strati così sottili”, spiega Chen.

Eseguendo un processo di vuotamento subito dopo il rivestimento per spin, le bolle d’aria vengono rimosse e l’elastomero può essere cotto per asciugare.

Rimuovendo questi difetti, la potenza dell’attuatore aumenta di più del 300% e la sua durata di vita viene significativamente migliorata.

I ricercatori hanno utilizzato queste tecniche per creare il muscolo artificiale a 20 strati, che è stato testato contro la loro versione precedente a 6 strati e gli attuatori rigidi all’avanguardia.

L’attuatore a 20 strati, che richiede meno di 500 volt per funzionare, ha esercitato una potenza sufficiente per dare al robot un rapporto di sollevamento-peso di 3,7 a 1, il che significa che poteva trasportare oggetti circa tre volte il suo peso.

Il team ha anche eseguito con successo un volo di hovering di 20 secondi, che secondo Chen è il più lungo mai registrato da un robot subgrammo.

“Due anni fa, abbiamo creato l’attuatore più denso di potenza e a malapena riusciva a volare. Abbiamo iniziato a chiederci, possono i robot morbidi competere con i robot rigidi? Abbiamo osservato un difetto dopo l’altro, quindi abbiamo continuato a lavorare e abbiamo risolto un problema di fabbricazione dopo l’altro, e adesso le prestazioni dell’attuatore morbido stanno recuperando. Sono addirittura un po’ migliori degli attuatori rigidi all’avanguardia. E ci sono ancora una serie di processi di fabbricazione nella scienza dei materiali che non capiamo. Quindi, sono molto entusiasta di continuare a ridurre la tensione di attuazione”, afferma.

Il team sta ora cercando metodi più precisi del rivestimento per spin per rendere gli strati più sottili. Chen spera che lo spessore possa essere ridotto a solo 1 micrometro.