Ingeniører utvikler den minste fjernstyrte gående roboten

Et team av ingeniører ved Northwestern University har utviklet den minste fjernstyrte gående roboten, som er i form av en liten krabbe.

De små krabbe-robotene er bare en halv millimeter brede, noe som gjør dem mindre enn en loppe. De kan bøye, vri, gå, krype, snu og hoppe. Foruten den lille krabben, har forskerne også utviklet millimeter-størrelse roboter som ligner sirisser, biller og målerormer.

Å oppnå mikro-størrelse roboter

Ifølge teamet, kan disse nye typene roboter bringe oss nærmere å oppnå mikro-størrelse roboter som kan operere i tett konfinerte rom.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet Science Robotics.

John A. Rogers ledet det eksperimentelle arbeidet. Han er Louis Simpson og Kimberly Querrey Professor of Materials Science and Engineering, Biomedical Engineering og Neurological Surgery ved Northwesterns McCormick School of Engineering og Feinberg School of Medicine. Han er også direktør for Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB).

“Robotikk er et spennende forskningsfelt, og utviklingen av mikroskala roboter er et morsomt tema for akademisk utforskning,” sa Rogers. “Du kan forestille deg mikro-roboter som agenter for å reparere eller montere små strukturer eller maskiner i industrien eller som kirurgiske assistenter for å fjerne blokkerte arterier, stoppe indre blødning eller eliminere kreftsvulster — alle i minimt invasiv prosedyre.”

Yonggang Huang ledet det teoretiske arbeidet. Han er Jan og Marcia Achenback Professor of Mechanical Engineering og Civil and Environmental Engineering ved McCormick og en nøkkelmedlem av QSIB.

“Vår teknologi muliggjør en rekke kontrollerte bevegelsesmodi og kan gå med en gjennomsnittshastighet på halve kroppslengden per sekund,” sa Huang. “Dette er svært utfordrende å oppnå på så små skalaer for terrestriske roboter.”

Konstruksjon av den lille krabben

Krabben trenger ikke å være avhengig av kompleks maskinvare, hydraulikk eller elektrisitet som mange andre roboter. Den trekker sin kraft fra den elastiske resilientheten i dens kropp. Forskerne konstruerte roboten ved å bruke et shape-memory legeringsmateriale som transformerer til en “husket” form når den varmes opp. For å raskt varme opp roboten, brukte teamet en skannet laserstråle og rettet den mot ulike steder på robotens kropp. Når den avkjøles, returnerer en tynn glassbelæring den tilhørende delen av strukturen til sin deformerte form.

Ved å gå fra en fase til en annen, kan roboten skape bevegelse. Ved å rette laserstrålen i ulike retninger, kan teamet kontrollere hvor roboten går. For å bevege seg fra venstre til høyre, må teamet bare skanne fra høyre til venstre.

“Fordi disse strukturene er så små, er avkjølingshastigheten svært rask,” forklarte Rogers. “I virkeligheten tillater reduksjonen av størrelsen på disse robotene dem å kjøre raskere.”

For å oppnå en så liten tilstand for roboten, fabrikkerte teamet først forløpere til de gående krabbe-strukturer i flate, planare geometrier. De bondet deretter forløperne til en lett strekt gummi-substrat. Ved å slappe av substratet, skjer en kontrollert bukking-prosess og får krabben til å “hoppe opp” i definerte tredimensjonale former.

“Med disse monterings-teknikkene og materialegenskaper, kan vi bygge gående roboter med nesten hvilken som helst størrelse eller 3D-form,” sa Rogers. “Men studentene følte seg inspirert og underholdt av de sidelengsende krabbe-bevegelsene til de små krabbene. Det var en kreativ whimsy.”