Роботы, вдохновленные насекомыми, для мониторинга сложных сред

Исследователи Университета Питтсбурга разработали крошечных роботов, вдохновленных насекомыми, которые могут быть использованы в сложных и труднодоступных для человека средах.

Новое исследование, озаглавленное «Молекулярно-направленная, геометрически-замкнутая, импульсная актуация для движения в субграммовом масштабе», было опубликовано в журнале Advanced Materials Technologies.

Изображение и оценка окружающей среды

Дзюньфэн Гао – аспирант индустриального инжиниринга в Школе инжиниринга Суонсона. Он возглавил работу над новыми роботами.

«Эти роботы могут быть использованы для доступа к замкнутым областям для изображения или оценки окружающей среды, взятия проб воды или выполнения структурных оценок», – сказал Гао. «Везде, где вы хотите получить доступ к замкнутым местам – где может попасть насекомое, но не человек – эти машины могут быть полезными».

Это еще один пример того, как исследователи обращаются к природе за вдохновением для создания современных микроботов. Маленькие существа, такие как богомол и блохи, могут перемещаться по поверхностям более энергоэффективным способом, чем ползание, полагаясь на импульсные движения. Эти движения были затем воспроизведены в новых роботах, изготовленных из полимерной искусственной мышцы.

Рави Шанкар – профессор индустриального инжиниринга в Питтсбурге. Он контролирует лабораторию, которая провела новое исследование.

«Это похоже на заряжание стрелы в лук и выстрел – роботы захватывают и накапливают энергию, а затем выпускают ее в импульсном всплеске, чтобы прыгнуть вперед», – сказал Шанкар. «Обычно актуация в искусственных мышцах, с которыми мы работаем, довольно медленная. Мы были привлечены к вопросу: «Как мы можем взять эту искусственную мышцу и использовать ее для генерации прыжковых актуаций, а не медленных актуаций?»

Переход к молекулярному порядку и геометрии

Чтобы ответить на этот вопрос, команда посмотрела на молекулярный порядок и геометрию.

Мохсен Табризи – аспирант индустриального инжиниринга в Школе инжиниринга Суонсона и соавтор исследования.

«Изогнутая составная форма полимерной мышцы позволяет ей накапливать энергию, когда она питается. Способ, которым молекулы выравниваются в мышце, черпает вдохновение из природного мира, где их совокупная актуация накапливает энергию в структуру», – сказал Табризи. «Это достигается с помощью не более нескольких вольт электричества».

Благодаря тому, что роботы размером с кузнечика спроектированы как универсальные и легкие, они могут перемещаться по движущимся поверхностям, таким как песок. Они могут выполнять эти движения так же легко, как и по твердым поверхностям. Самое впечатляющее – роботы могут прыгать через воду.

В исследование также внес свой вклад соавтор Арul Клемент.