Naukowcy opracowali wytrzymałego RoboBee z miękkimi mięśniami

Naukowcy z Laboratorium Mikrorobotyki Harvarda w Szkole Inżynierii i Nauk Stosowanych im. Harvarda Johna A. Paulsona (SEAS), wraz z Instytutem Inżynierii Biologicznie Zainspirowanej Wyss, opracowali RoboBee zasilany miękkimi sztucznymi mięśniami. Mikrorobot jest w stanie uderzyć w ściany, upaść na ziemię i zderzyć się z innymi RoboBees bez uszkodzenia. Jest to duży moment dla robotyki, RoboBee jest pierwszym mikrorobotem zasilanym przez miękkie aktywatory, który jest w stanie osiągnąć kontrolowany lot. 

Yufeng Chen jest pierwszym autorem artykułu i byłym studentem i stypendystą w SEAS.

“Był duży nacisk w dziedzinie mikrorobotyki, aby tworzyć mobilne roboty z miękkich aktywatorów, ponieważ są one tak wytrzymałe”, powiedział Chen. “Jednak wiele osób w tej dziedzinie było sceptycznych, czy mogą być one używane do latających robotów, ponieważ gęstość mocy tych aktywatorów po prostu nie była wystarczająco wysoka i są znane z tego, że są trudne do kontrolowania. Nasz aktywator ma wystarczającą gęstość mocy i sterowalność, aby osiągnąć lot w zawieszeniu.”

Badania zostały opublikowane w Nature.

Problemy napotkane

Jednym z problemów, z którymi zmierzyli się naukowcy, była gęstość mocy. Zwrócili się do elektrycznie napędzanych miękkich aktywatorów, które zostały opracowane w laboratorium Davida Clarke’a, Extended Tarr Family Professor of Materials. Miękkie aktywatory 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 elektrody, aktywator mógł być obsługiwany z częstotliwością 500 Hz. Jest to podobne do wcześniej używanych sztywnych aktywatorów w robotach. 

Jednym z innych problemów z miękkimi aktywatorami jest to, że system często staje się niestabilny. Aby pokonać ten problem, naukowcy opracowali lekki kadłub. Składał się on z pionowego sznura ograniczającego, aby zapobiec zgnieceniu się aktywatora. 

Możliwości lotu

W małych robotach, miękkie aktywatory mogą być łatwo wymienione i złożone. Naukowcy opracowali wiele różnych modeli RoboBee zasilanego przez miękkie aktywatory, 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 aktywatorami jest w stanie latać w zatłoczonym środowisku. W trakcie jednego lotu, RoboBee jest w stanie uniknąć wielu zderzeń.

Elizabeth Farrell Helbling jest byłym studentem SEAS i współautorem artykułu. 

“Jedną z zalet małych, lekkich robotów jest ich wytrzymałość na zewnętrzne uderzenia”, powiedziała. “Miękki aktywator zapewnia dodatkową korzyść, ponieważ może lepiej absorbować uderzenia niż tradycyjne strategie aktywacji. To mogłoby być przydatne w potencjalnych aplikacjach, takich jak latanie przez gruz w celu misji poszukiwawczo-ratunkowych.”

Inny model to RoboBee z ośmioma skrzydłami i czterema aktywatorami. Jest on w stanie wykonać kontrolowany lot w zawieszeniu, 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 długi dystans do przebycia, zanim dogoni tradycyjne latające roboty. 

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

“Miękkie aktywatory z właściwościami mięśni i aktywacją elektryczną reprezentują wielkie wyzwanie w robotyce”, mówi profesor Wood.  “Jeśli będziemy w stanie zaprojektować wysoko wydajne sztuczne mięśnie, nie ma granic dla tego, jakie roboty możemy zbudować.”