Inżynierowie opracowali najmniejszego na świecie sterowanego robota chodzącego

Zespół inżynierów z Northwestern University opracował najmniejszego na świecie sterowanego robota chodzącego, który ma postać miniaturowego kraba.

Miniaturowe roboty kraba mają tylko pół milimetra szerokości, co sprawia, że są mniejsze niż pchła. Mogą się giąć, skręcać, chodzić, pełzać, skręcać i skakać. Oprócz miniaturowego kraba, badacze opracowali również roboty o wielkości milimetra, które przypominają świerszcze, chrząszcze i węgorki.

Osiąganie mikroskopijnych robotów

Zgodnie z oświadczeniem zespołu, nowe typy robotów mogą nas zbliżyć do osiągnięcia mikroskopijnych robotów, które mogą działać w ciasnych przestrzeniach.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Science Robotics.

John A. Rogers kierował pracami eksperymentalnymi. Jest profesorem nauk o materiałach, inżynierii biomedycznej i neurochirurgii w Szkole Inżynierii McCormick i Szpitalu Feinberga Northwestern. Jest również dyrektorem Instytutu Bioelektroniki Querrey Simpson (QSIB).

“Robotyka to fascynująca dziedzina badań, a rozwój mikroskopijnych robotów to interesujący temat do eksploracji akademickiej”, powiedział Rogers. “Można wyobrazić sobie mikro-roboty jako agenci do naprawy lub montażu małych struktur lub maszyn w przemyśle lub jako asystenci chirurgiczni do oczyszczania zablokowanych tętnic, zatrzymywania krwawienia wewnętrznego lub eliminowania nowotworów złośliwych – wszystko to w sposób minimalnie inwazyjny”.

Yonggang Huang kierował pracami teoretycznymi. Jest profesorem inżynierii mechanicznej i inżynierii środowiskowej w Szkole Inżynierii McCormick i kluczowym członkiem QSIB.

“Nasza technologia umożliwia kontrolę nad różnymi modalnościami ruchu i może chodzić z prędkością średnio połowy długości ciała na sekundę”, powiedział Huang. “Jest to bardzo trudne do osiągnięcia w tak małych skalach dla lądowych robotów”.

Budowa miniaturowego kraba

Kraba nie musi polegać na skomplikowanym sprzęcie, hydraulice czy elektryczności jak wiele innych robotów. Czerpie swoją moc z elastycznej wytrzymałości swojego ciała. Badacze zbudowali robota, używając materiału ze stopu o pamięci kształtu, który przekształca się w “zapamiętany” kształt, gdy jest nagrzany. Aby szybko nagrzać robota, zespół użył skanującego lasera i skierował go na różne punkty na ciele robota. Gdy ochłodzi się, cienka warstwa szkła sprężysto zwraca odpowiednią część struktury do jej zdeformowanego kształtu.

Przez zmianę z jednej fazy w drugą, robot może tworzyć ruch. Skierowując laser w różnych kierunkach, zespół może kontrolować, gdzie robot chodzi. Aby poruszać się z lewej do prawej, zespół musi tylko przeskanować z prawej do lewej.

“Ponieważ te struktury są tak małe, szybkość chłodzenia jest bardzo szybka”, wyjaśnił Rogers. “W rzeczywistości, zmniejszanie rozmiarów tych robotów pozwala im działać szybciej”.

Aby osiągnąć taki mały stan robota, zespół najpierw wytworzył prekursory struktur chodzącego kraba w płaskich, planarnych geometriach. Następnie połączyli prekursory z lekko rozciągniętym podłożem gumowym. Poprzez relaksację podłoża, następuje kontrolowany proces fałdowania i powoduje, że krab “wyskakuje” w określone trójwymiarowe kształty.

“Z tymi technikami montażu i koncepcjami materiałowymi, możemy budować chodzące roboty o prawie każdym rozmiarze lub trójwymiarowym kształcie”, powiedział Rogers. “Ale studenci czuli się zainspirowani i zabawieni przez ruchy pełzające małych krabów. Był to twórczy kaprys”.