Ricercatori Sviluppano un Resiliente RoboBee con Muscoli Morbidi

I ricercatori del Laboratorio di Microrobotica di Harvard alla Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), insieme all’Istituto Wyss per l’Ingegneria ispirata alla Biologia, hanno sviluppato un RoboBee alimentato da muscoli artificiali morbidi. Il microrobot è in grado di schiantarsi contro i muri, cadere a terra e collidere con altri RoboBee senza subire danni. In quello che è un grande momento per la robotica, il RoboBee è il primo microrobot alimentato da attuatori morbidi in grado di raggiungere il volo controllato.

Yufeng Chen è il primo autore del documento e un ex studente di dottorato e borsista di ricerca presso il SEAS.

“C’è stata una grande spinta nel campo della microrobotica per creare robot mobili con attuatori morbidi perché sono così resistenti”, ha detto Chen. “Tuttavia, molte persone nel campo hanno espresso scetticismo sul fatto che potessero essere utilizzati per robot volanti perché la densità di potenza di quegli attuatori semplicemente non è stata sufficiente e sono notoriamente difficili da controllare. Il nostro attuatore ha una densità di potenza e una controllabilità sufficienti per raggiungere il volo a punto fisso.”

La ricerca è stata pubblicata su Nature.

Problemi Riscontrati

Uno dei problemi che i ricercatori hanno affrontato è stata la densità di potenza. Hanno esaminato gli attuatori morbidi azionati elettricamente sviluppati nel laboratorio di David Clarke, il professore esteso della famiglia Tarr di Materiali. Gli attuatori morbidi sono creati utilizzando elastomeri dielettrici, che sono materiali morbidi con proprietà isolanti forti. Quando si applica un campo elettrico, gli elastomeri dielettrici si deformano.

Dopo aver migliorato la conducibilità dell’elettrodo, l’attuatore è stato in grado di funzionare a 500 Hertz. Ciò è simile agli attuatori rigidi utilizzati in precedenza nei robot.

Uno degli altri problemi con gli attuatori morbidi è che il sistema spesso diventa instabile. Per superare questo, i ricercatori hanno sviluppato una struttura leggera. Era costituita da un pezzo di filo di vincolo verticale per impedire all’attuatore di accartocciarsi.

Capacità di Volo

All’interno dei piccoli robot, gli attuatori morbidi possono essere facilmente sostituiti e assemblati. I ricercatori hanno sviluppato diversi modelli di RoboBee con alimentazione morbida per mostrare le varie capacità di volo.

Uno dei modelli ha due ali e può decollare da terra. Tuttavia, questo modello non ha ulteriore controllo. Un modello a quattro ali, due attuatori è in grado di volare in un ambiente affollato. All’interno di un singolo volo, il RoboBee è in grado di evitare più collisioni.

Elizabeth Farrell Helbling è un’ex studentessa di dottorato presso il SEAS e ha co-scritto il documento.

“Un vantaggio dei robot di piccola scala e bassa massa è la loro resistenza agli impatti esterni”, ha detto. “L’attuatore morbido fornisce un ulteriore vantaggio perché può assorbire l’impatto meglio delle strategie di attuazione tradizionali. Ciò sarebbe utile in potenziali applicazioni come il volo attraverso le macerie per missioni di ricerca e salvataggio.”

Un altro modello è il RoboBee con otto ali, quattro attuatori. È in grado di eseguire un volo a punto fisso controllato, che è la prima volta che ciò è stato dimostrato da un microrobot volante con alimentazione morbida.

Cosa C’è Dopo?

I ricercatori stanno ora cercando di aumentare l’efficienza del RoboBee con alimentazione morbida. Ha ancora una lunga strada da percorrere prima di raggiungere i robot volanti tradizionali.

Robert Wood è un professore di Ingegneria e Scienze Applicate presso il SEAS. È anche un membro del corpo docente dell’Istituto Wyss per l’Ingegneria ispirata alla Biologia e autore principale del documento.

“Gli attuatori morbidi con proprietà muscolari e attivazione elettrica rappresentano una grande sfida nella robotica”, afferma il professore Wood. “Se potessimo progettare muscoli artificiali ad alte prestazioni, il cielo è il limite per ciò che potremmo costruire.”