Forskere Utvikler Resilient RoboBee med Myke Muskler

Forskere ved Harvard Microrobotics Laboratory ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), sammen med Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, har utviklet en RoboBee drevet av myke kunstige muskler. Mikrorobotten er i stand til å kollidere med vegger, falle på bakken og kollidere med andre RoboBees uten å lide skade. Dette er et stort øyeblikk for robotikk, og RoboBee er den første mikrorobotten drevet av myke aktuatorer som kan oppnå kontrollert flyvning.

Yufeng Chen er første forfatter av artikkelen og en tidligere student og postdoktor ved SEAS.

“Det har vært en stor fremstøt i feltet mikrorobotikk å lage mobile roboter av myke aktuatorer fordi de er så resilient”, sa Chen. “Men mange mennesker i feltet har vært skeptiske til at de kunne brukes til flyvende roboter fordi krafttettleiken til disse aktuatorene bare ikke har vært høy nok og de er notorisk vanskelige å kontrollere. Vår aktuator har høy nok krafttettleik og kontroll til å oppnå svævende flyvning.”

Forskningen ble publisert i Nature.

Problemer som ble møtt

En av problemene forskerne måtte håndtere var krafttettleik. De så til de elektrisk-drevne myke aktuatorer som ble utviklet i laben til David Clarke, Extended Tarr Family Professor of Materials. De myke aktuatorer blir laget ved å bruke dielektriske elastomerer, som er myke materialer med sterke isolerende egenskaper. Når et elektrisk felt blir aplikert, deformerer dielektriske elastomerer.

Etter å ha forbedret elektroden ledningsevne, kunne aktuatoren opereres ved 500 Hertz. Dette er lignende til tidligere brukte stive aktuatorer i roboter.

En av de andre problemene med myke aktuatorer er at systemet ofte blir ustabil. For å komme forbi dette, utviklet forskerne en lett luftramme. Den bestod av et stykke vertikalt begrensende tråd for å forhindre at aktuatoren bukter.

Flyvningsevne

Innenfor de små skala robotene, kan de myke aktuatorer byttess ut og monteres lett. Forskerne utviklet flere forskjellige modeller av den mykt-drevne RoboBee for å vise de forskjellige flyvningsevner.

En av modellene har to vinger, og den kan ta av fra bakken. Men denne modellen har ingen videre kontroll. En fire-vinged, to-aktuator modell er i stand til å fly i en overfyldt miljø. Innenfor en enkelt flyvning, kan RoboBee unngå flere kollisjoner.

Elizabeth Farrell Helbling er en tidligere student ved SEAS, og hun var medforfatter av artikkelen.

“En fordel med små skala, lav-masse roboter er deres resilient mot ytre impulser”, sa hun. “Den myke aktuatoren gir en ekstra fordel fordi den kan absorbere impulser bedre enn tradisjonelle aktueringsstrategier. Dette ville være nyttig i potensielle applikasjoner som å fly gjennom ruiner for søk og redningsoppdrag.”

En annen modell er den åtte-vinged, fire-aktuator RoboBee. Den er i stand til å utføre kontrollert svævende flyvning, som er første gang det er demonstrert av en mykt-drevet flyvende mikrorobot.

Hva nå?

Forskerne ser nå på å øke effektiviteten til den mykt-drevne RoboBee. Den har fortsatt langt igjen før den kan fange opp med tradisjonelle flyvende roboter.

Robert Wood er en Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences ved SEAS. Han er også en core fakultetsmedlem av Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering og senior forfatter av artikkelen.

“Myke aktuatorer med muskel-lignende egenskaper og elektrisk aktivering representerer en stor utfordring i robotikk”, sier Professor Wood. “Hvis vi kunne utvikle høy-ytelses kunstige muskler, er himmelen grensen for hva slags roboter vi kunne bygge.”