로보틱스
비행할 때 빛을 발산하는 곤충 크기 로봇
매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 연구팀은 반딧불이에서 영감을 받아 비행할 때 다양한 색상이나 패턴으로 빛을 방출할 수 있는 부드러운 액추에이터를 만들었습니다. 인공 근육은 비행 로봇의 날개를 제어하며 비행 모드일 때 빛을 발합니다. 이 새로운 접근 방식은 비행 로봇을 추적하는 혁신적인 방법을 제공하고 통신을 도울 수 있습니다.
새로운 연구는 에 발표되었습니다. IEEE 로봇 공학 및 자동화 서신.
전계 발광 연질 인공 근육은 다양한 응용 분야에 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 로봇은 생존자를 찾고 다른 로봇에게 도움을 요청하는 수색 및 구조 임무에서 역할을 할 수 있습니다.
통신 추적 및 활성화
초소형 로봇의 무게는 종이 클립보다 조금 더 나가고 빛을 방출하는 능력은 실험실 환경 밖에서 스스로 비행하는 데 도움이 될 수 있습니다. 무게 때문에 마이크로봇은 센서를 휴대할 수 없습니다. 즉, 연구원들은 야외에서 고군분투하는 적외선 카메라로 마이크로봇을 추적해야 했습니다. 그러나 팀은 그들이 방출하는 빛과 XNUMX대의 스마트폰 카메라를 사용하여 그들을 추적하는 새로운 방법을 고안했습니다.
Kevin Chen은 D. Reid Weedon, Jr. 전기 공학 및 컴퓨터 과학과(EECS) 조교수이자 RLE(Research Laboratory of Electronics)의 소프트 및 마이크로 로봇 연구실 책임자이며 종이.
“대형 로봇을 생각해보면 블루투스, 무선 등 다양한 도구를 사용하여 통신할 수 있습니다. 그러나 작고 전력이 제한된 로봇의 경우 새로운 통신 방식에 대해 생각해야 합니다. 이는 잘 조정된 최첨단 동작 추적 시스템이 없는 실외 환경에서 이러한 로봇을 비행하기 위한 중요한 단계입니다.”라고 Chen은 말합니다.
마이크로 로봇을 빛나게 만들기
연구팀은 로봇의 비행 성능에 영향을 미치지 않으면서 무게를 2.5%만 추가하는 인공 근육에 초소형 전계발광 입자를 삽입했습니다.
연구원 그룹은 이전에 로봇의 날개를 펄럭이는 소프트 액추에이터를 만들기 위해 새로운 제조 기술을 개발했습니다. 그들은 물렁한 실린더로 굴리기 전에 스택에 엘라스토머와 탄소 나노 튜브 전극의 초박막 층을 번갈아 가며 생성합니다. 실린더에 전압이 가해지면 전극이 엘라스토머를 압착하고 이 변형으로 인해 날개가 펄럭입니다.
빛나는 액추에이터를 만들기 위해 팀은 전계발광 황산아연 입자를 엘라스토머에 넣었지만 여기에는 약간의 작업이 필요했습니다.
연구원들은 먼저 빛을 차단하지 않는 전극을 만들어야 했습니다. 그들은 빛이 통과할 수 있도록 매우 투명한 탄소 나노튜브를 사용하여 이를 수행했습니다. 이러한 나노튜브를 사용하더라도 아연 입자가 빛을 발하려면 여전히 매우 강한 고주파 전기장이 필요했습니다. 전기장은 아연 입자의 전자를 여기시켜 아연 입자가 아원자 입자의 빛 또는 광자를 방출하도록 합니다. 그런 다음 소프트 액추에이터에 고전압으로 강한 전기장을 생성하고 고주파로 로봇을 구동하는 데 사용했습니다. 이 프로세스를 통해 입자가 빛을 발할 수 있습니다.
“전통적으로 전기발광 재료는 매우 에너지 비용이 많이 들지만 어떤 의미에서 우리는 비행에 필요한 주파수의 전기장을 사용하기 때문에 전기발광을 무료로 얻을 수 있습니다. 새로운 작동, 새로운 전선 등이 필요하지 않습니다. 빛을 발산하는 데 약 3%의 에너지만 더 필요합니다.”라고 Chen은 말합니다.
팀은 아연 입자를 추가하면 액추에이터의 품질이 저하되어 상단 엘라스토머 층에만 혼합된다는 사실을 알게 되었습니다. 이로 인해 액추에이터가 약 2.5% 더 무거워졌지만 비행 성능에 영향을 주지 않고 빛을 방출할 수 있었습니다.
“우리는 전극 사이의 엘라스토머 층의 품질을 유지하는 데 많은 주의를 기울였습니다. 이러한 입자를 추가하는 것은 엘라스토머 레이어에 먼지를 추가하는 것과 거의 같았습니다. 다양한 접근 방식과 많은 테스트가 필요했지만 액추에이터의 품질을 보장할 수 있는 방법을 찾았습니다.”라고 Kim은 말합니다.
아연 입자의 화학적 조합을 조정하여 밝은 색상을 변경할 수 있습니다. 팀은 각 액추에이터가 단색으로 빛나는 주황색, 녹색 및 파란색 입자를 만들었습니다.
팀은 또한 액추에이터가 최상층 위에 마스크를 놓고 아연 입자를 추가한 다음 액추에이터를 경화시켜 다양한 색상의 패턴이 있는 빛을 방출할 수 있도록 했습니다.
모션 트래킹 시스템
다음 단계는 액추에이터의 기계적 특성을 테스트하고 빛의 강도를 측정하는 것이었습니다. 그들은 특수 설계된 동작 추적 시스템으로 비행 테스트를 진행했으며, iPhone 카메라는 활성 마커 역할을 하는 각 전계발광 액추에이터를 추적하는 데 사용되었습니다. 카메라가 각 조명 색상을 감지하면 컴퓨터 프로그램이 로봇의 위치를 추적합니다.
“우리는 최신 기술에 비해 추적 결과가 얼마나 좋은지 매우 자랑스럽게 생각합니다. 우리는 이러한 대형 모션 추적 시스템 비용이 수만 달러에 달하는 저렴한 하드웨어를 사용하고 있었고 추적 결과는 매우 비슷했습니다.”라고 Chen은 말합니다.
팀은 이제 로봇을 실시간으로 추적할 수 있도록 동작 추적 시스템을 개선하고 마이크로봇이 비행 중에 조명을 켜고 끌 수 있도록 할 것입니다.
