Ingenjörer skapar insektsstor robot med agility av en gepard

Ingenjörer vid University of California, Berkeley har utvecklat en insektsstor robot som kan svänga och vända med agilityen av en gepard. Teamet drog inspiration från de olika insekter och spindlar som kan gå upp och ner med specialiserade klibbiga fotpad. Den nyligen utvecklade roboten kan röra sig genom komplex terräng och undvika oväntade hinder. 

Roboten är gjord av ett tunt, skiktat material som kan böjas och dra ihop sig när en elektrisk spänning appliceras. 

År 2019 demonstrerade teamet första gången materialet med en kackerlacksstor robot som kunde röra sig över en plan yta i 20 kroppslängder per sekund, eller cirka 1,5 miles i timmen, vilket var den snabbaste relativa hastigheten för någon insektsstor robot. 

Elektrostatiska fotpad

Den nya studien innebar att teamet lade till två elektrostatiska fotpad till roboten, och de applicerade sedan en spänning till antingen av fotpaden för att öka den elektrostatiska kraften mellan fotpaden och ytan. Detta resulterade i att fotpaden fastnade mer ordentligt på ytan medan resten av roboten roterade runt foten. 

Med de två fotpaden har operatörerna full kontroll över robotens bana. De kan aktivera roboten för att göra svängar med en centripetell acceleration, vilket är snabbare än de flesta insekter.

Liwei Lin är professor i maskinteknik vid UC Berkeley. 

“Vår ursprungliga robot kunde röra sig mycket, mycket snabbt, men vi kunde inte verkligen kontrollera om roboten gick till vänster eller höger, och ofta rörde den sig slumpmässigt, eftersom det fanns en liten skillnad i tillverkningsprocessen — om roboten inte var symmetrisk — skulle den avvika åt ena sidan”, sa Lin. “I detta arbete var den stora innovationen att lägga till dessa fotpad som gör att den kan göra mycket, mycket snabba svängar.”

Forskningsgruppen filmade roboten som navigerade genom Lego-labyrinter för att testa och visa dess agility. Den bar en liten gassensor och svängde för att undvika fallande skräp. Med sin design kan den lilla roboten motstå att bli trampad av en 120-pund människa. 

https://www.youtube.com/watch?v=TmRol48_DKs

Verkliga tillämpningar

Små insektsliknande robotar som denna kan användas i sök- och räddningsuppdrag eller för att undersöka och utforska farliga miljöer. Till exempel kan den användas för att leta efter potentiella gasläckor. 

Roboten var till stor del ansluten, eller driven genom en liten elektrisk ledning, men det finns en otetherad version som drivs av batterikraft i upp till 19 minuter och 31 meter. 

“En av de största utmaningarna idag är att skapa mindre skalorobotar som upprätthåller kraften och kontrollen av större robotar”, sa Lin. “Med större robotar kan du inkludera en stor batteri och ett kontrollsystem, inga problem. Men när du försöker krympa allt ner till en mindre och mindre skala, blir vikten av dessa element svår för roboten att bära och roboten rör sig vanligtvis mycket långsamt. Vår robot är mycket snabb, ganska stark och kräver mycket lite kraft, vilket gör att den kan bära sensorer och elektronik samtidigt som den bär en batteri.”