Naukowcy Opracowali Wytrzymałego RoboBee z Miękkimi Mięśniami

Naukowcy z Laboratorium Mikrorobotyki Harvarda w Szkole Inżynierii i Nauk Stosowanych im. Johna A. Paula (SEAS), we współpracy z Instytutem Inżynierii Biologicznie Inspirowanej Wyss, opracowali RoboBee zasilany miękkimi sztucznymi mięśniami. Mikrorobot jest w stanie uderzyć w ściany, upaść na ziemię i zderzyć się z innymi RoboBee bez poniesienia uszkodzeń. Jest to duży krok dla robotyki, ponieważ RoboBee jest pierwszym mikrorobotem zasilanym miękkimi aktuatorami, który jest w stanie osiągnąć kontrolowany lot.

Yufeng Chen jest pierwszym autorem artykułu i byłym studentem oraz pracownikiem naukowym w SEAS.

“Istnieje duże zapotrzebowanie w dziedzinie mikrorobotyki na tworzenie mobilnych robotów z miękkich aktuatorów, ponieważ są one tak wytrzymałe”, powiedział Chen. “Jednak wiele osób w tej dziedzinie było sceptycznych, czy mogą one być używane do latających robotów, ponieważ gęstość mocy tych aktuatorów po prostu nie była wystarczająco wysoka, a także są one notorycznie trudne do kontrolowania. Nasz aktuator ma wystarczającą gęstość mocy i sterowalność, aby osiągnąć lot zawieszony.”

Badania zostały opublikowane w Nature.

Problemy Napotkane

Jednym z problemów, z którymi zmierzyli się naukowcy, była gęstość mocy. Zwrócili się do elektrycznie napędzanych miękkich aktuatorów, które zostały opracowane w laboratorium Davida Clarke’a, profesora Extended Tarr Family. Miękkie aktuary są tworzone przez użycie dielektrycznych elastomerów, które są miękkimi materiałami o silnych właściwościach izolacyjnych. Gdy jest stosowane pole elektryczne, dielektryczne elastomery ulegają deformacji.

Po poprawieniu przewodności elektrod, aktuator mógł być obsługiwany przy 500 Hz. Jest to podobne do wcześniej używanych sztywnych aktuatorów w robotach.

Jednym z innych problemów z miękkimi aktuatorami jest to, że system często staje się niestabilny. Aby przezwyciężyć ten problem, naukowcy opracowali lekki szkielet powietrzny. Składał się on z pionowego sznura ograniczającego, aby zapobiec zgnieceniu się aktuatora.

Możliwości Lotu

W małych robotach miękkie aktuary mogą być łatwo wymieniane i składane. Naukowcy opracowali wiele różnych modeli miękkiego RoboBee, aby pokazać różne możliwości lotu.

Jeden z modeli ma dwa skrzydła i może startować z ziemi. Jednak ten model nie ma dalszej kontroli. Model z czterema skrzydłami i dwoma aktuatorami jest w stanie latać w zatłoczonym środowisku. W trakcie jednego lotu RoboBee jest w stanie uniknąć wielu kolizji.

Elizabeth Farrell Helbling jest byłym studentem w SEAS i współautorem artykułu.

“Jedną z zalet małych, lekkich robotów jest ich wytrzymałość na zewnętrzne uderzenia”, powiedziała. “Miękki aktuator zapewnia dodatkową korzyść, ponieważ może lepiej absorbować uderzenia niż tradycyjne strategie aktywacji. To byłoby przydatne w potencjalnych zastosowaniach, takich jak latanie przez gruz w celu poszukiwania i ratowania.”

Inny model to RoboBee z ośmioma skrzydłami i czterema aktuatorami. Jest on w stanie wykonywać kontrolowany lot zawieszony, co jest pierwszym razem, gdy zostało to udowodnione przez miękkiego latającego mikrorobota.

Co Dalej?

Naukowcy teraz starają się zwiększyć wydajność miękkiego RoboBee. Wciąż ma on długą drogę do przebycia, zanim dogoni tradycyjne latające roboty.

Robert Wood jest profesorem inżynierii i nauk stosowanych w SEAS. Jest również członkiem kadry Instytutu Inżynierii Biologicznie Inspirowanej Wyss i seniorem autorem artykułu.

“Miękkie aktuary z właściwościami mięśni i aktywacją elektryczną stanowią wielkie wyzwanie w robotyce”, powiedział profesor Wood. “Jeśli moglibyśmy opracować wysokowydajne sztuczne mięśnie, nie byłoby granic dla tego, co moglibyśmy zbudować.”