Insect-geïnspireerde robots voor het bewaken van complexe omgevingen

Onderzoekers aan de Universiteit van Pittsburgh hebben kleine insect-geïnspireerde robots ontwikkeld die kunnen worden gebruikt in complexe en moeilijk bereikbare omgevingen voor mensen.

Het nieuwe onderzoek met de titel “Molecularly Directed, Geometrically-Latched, Impulsive Actuation Powers Sub-Gram Scale Motility” is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials Technologies.

Beeldvorming en milieuevaluatie

Junfeng Gao is een PhD-student in industriële techniek aan de Swanson School of Engineering. Hij leidde het werk aan de nieuw ontwikkelde robots.

“Deze robots kunnen worden gebruikt om toegang te krijgen tot beperkte gebieden voor beeldvorming of milieuevaluatie, watermonsters te nemen of structurele evaluaties uit te voeren,” zei Gao. “Overal waar u toegang wilt tot beperkte plaatsen – waar een insect kan komen maar een persoon niet – kunnen deze machines nuttig zijn.”

Dit is nog een voorbeeld van onderzoekers die naar de natuur kijken voor inspiratie om vandaag microbots te bouwen. Kleine wezens zoals bidsprinkhanen en vlooien kunnen over oppervlakken manoeuvreren op een manier die energie-efficiënter is dan kruipen door te vertrouwen op impulsieve bewegingen. Deze bewegingen werden vervolgens gerepliceerd in de nieuwe robots gemaakt van polymeriche kunstmatige spieren.

Ravi Shankar is een professor in industriële techniek aan Pitt. Hij controleert het lab dat het nieuwe onderzoek leidde.

“Het is alsof je een pijl in een boog laadt en schiet – de robots haken in om energie op te bouwen en vervolgens los te laten in een impulsieve uitbarsting om vooruit te springen,” zei Shankar. “Meestal is de activering in de kunstmatige spieren waar we mee werken vrij langzaam. We werden aangetrokken door de vraag: ‘Hoe kunnen we deze kunstmatige spier nemen en gebruiken om een springactivering te genereren in plaats van een langzame activering?’”

Naar moleculaire orde en geometrie

Om deze vraag te beantwoorden, keek het team naar moleculaire orde en geometrie.

Mohsen Tabrizi is een PhD-student in industriële techniek aan de Swanson School en co-auteur van het onderzoek.

“De gebogen samengestelde vorm van de polymeren spier laat toe om energie op te bouwen wanneer deze wordt aangedreven. De manier waarop de moleculen in de spier zijn uitgelijnd, vindt inspiratie in de natuurlijke wereld, waar hun gecombineerde activering energie in de structuur opbouwt,” zei Tabrizi. “Dit wordt bereikt met niet meer dan een paar volt elektriciteit.”

Door de kreketsized robots te ontwerpen om zowel veelzijdig als licht te zijn, kunnen ze over bewegende oppervlakken zoals zand manoeuvreren. Ze kunnen deze bewegingen net zo gemakkelijk uitvoeren als ze doen over harde oppervlakken. Het meest indrukwekkend is dat de robots over water kunnen springen.

Het onderzoek omvatte ook co-auteur Arul Clement.