Исследователи разработали прочного RoboBee с мягкими мышцами

Исследователи в лаборатории микроробототехники Гарвардского университета в школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Паулсона (SEAS), вместе с институтом биологически вдохновленного проектирования Уайса, разработали RoboBee, работающий на мягких искусственных мышцах. Микроробот способен сталкиваться со стенами, падать на землю и сталкиваться с другими RoboBee без повреждений. Это большое достижение в области робототехники, поскольку RoboBee является первым микророботом, работающим на мягких исполнительных механизмах, который может выполнять контролируемый полет.

Юфэн Чен является первым автором статьи и бывшим аспирантом и постдокторантом в SEAS.

«Была большая попытка в области микроробототехники создать мобильных роботов из мягких исполнительных механизмов, поскольку они очень прочны», – сказал Чен. «Однако многие люди в этой области были скептичны относительно того, что они могут быть использованы для летающих роботов, поскольку плотность мощности этих исполнительных механизмов просто не была достаточно высокой, и они очень трудно контролируются. Наш исполнительный механизм имеет достаточно высокую плотность мощности и управляемость, чтобы выполнять зависание в воздухе».

Исследование было опубликовано в Nature.

Проблемы, с которыми столкнулись исследователи

Одной из проблем, с которыми столкнулись исследователи, была плотность мощности. Они обратились к электрически управляемым мягким исполнительным механизмам, разработанным в лаборатории Дэвида Кларка, профессора материаловедения. Мягкие исполнительные механизмы создаются с помощью диэлектрических эластомеров, которые являются мягкими материалами с сильными изоляционными свойствами. Когда к ним прикладывается электрическое поле, диэлектрические эластомеры деформируются.

После улучшения проводимости электродов исполнительный механизм смог работать на частоте 500 Гц. Это похоже на ранее использованные жесткие исполнительные механизмы в роботах.

Одной из других проблем с мягкими исполнительными механизмами является то, что система часто становится нестабильной. Чтобы преодолеть это, исследователи разработали легкий каркас. Он состоял из кусочка вертикальной ограничивающей нити, чтобы предотвратить деформацию исполнительного механизма.

Способность к полету

В небольших роботах мягкие исполнительные механизмы можно легко заменять и собирать. Исследователи разработали несколько моделей мягкого RoboBee, чтобы продемонстрировать различные возможности полета.

Одна из моделей имеет два крыла и может взлетать с земли. Однако эта модель не имеет дальнейшего управления. Модель с четырьмя крыльями и двумя исполнительными механизмами может летать в загруженной среде. В течение одного полета RoboBee может избежать нескольких столкновений.

Элизабет Фаррелл Хелблинг – бывший аспирант в SEAS и соавтор статьи.

«Одним из преимуществ небольших, легких роботов является их устойчивость к внешним ударам», – сказала она. «Мягкий исполнительный механизм обеспечивает дополнительное преимущество, поскольку он может лучше поглощать удары, чем традиционные стратегии управления. Это будет полезно в потенциальных приложениях, таких как полет через обломки для поисково-спасательных миссий».

Другая модель – это RoboBee с восемью крыльями и четырьмя исполнительными механизмами. Он способен выполнять контролируемое зависание в воздухе, что является первым случаем, когда это было продемонстрировано мягким летающим микророботом.

Что дальше?

Исследователи сейчас работают над увеличением эффективности мягкого RoboBee. Ему еще далеко до традиционных летающих роботов.

Роберт Вуд – профессор инженерии и прикладных наук в SEAS и член факультета института биологически вдохновленного проектирования Уайса. Он также является старшим автором статьи.

«Мягкие исполнительные механизмы с мышечными свойствами и электрической активацией представляют собой большую задачу в робототехнике», – говорит профессор Вуд. «Если мы сможем разработать высокопроизводительные искусственные мышцы, то возможности для роботов будут безграничны».