Ingenjörer utvecklar den minsta fjärrstyrda gående roboten

Ett team av ingenjörer vid Northwestern University har utvecklat den minsta fjärrstyrda gående roboten, som är i form av en liten krabba.

De små krabbrobotarna är bara en halv millimeter breda, vilket gör dem mindre än en lus. De kan böja, vrida, gå, krypa, vända och hoppa. Utöver den lilla krabban har forskarna också utvecklat millimeterstora robotar som liknar gräshoppor, skalbaggar och inchworms.

Att uppnå mikroskopiskt små robotar

Enligt teamet kan dessa nya typer av robotar bringa oss närmare att uppnå mikroskopiskt små robotar som kan fungera i trånga utrymmen.

Forskningen publicerades i tidskriften Science Robotics.

John A. Rogers ledde det experimentella arbetet. Han är Louis Simpson och Kimberly Querrey Professor i Materialvetenskap och Biomedicinsk Ingenjörskap och Neurologisk Kirurgi vid Northwesterns McCormick School of Engineering och Feinberg School of Medicine. Han är också chef för Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB).

“Robotik är ett spännande forskningsområde, och utvecklingen av mikroskala robotar är ett roligt ämne för akademisk utforskning”, sa Rogers. “Du kan föreställa dig mikro-robotar som agenter för att reparera eller montera små strukturer eller maskiner i industrin eller som kirurgiska assistenter för att rensa blockerade artärer, stoppa inre blödningar eller eliminera cancertumörer – allt i minimalt invasiva förfaranden.”

Yonggang Huang ledde det teoretiska arbetet. Han är Jan och Marcia Achenback Professor i Maskinteknik och Civil- och Miljöteknik vid McCormick och en nyckelmedlem i QSIB.

“Vår teknik möjliggör en mängd olika kontrollerade rörelsemodi och kan gå med en genomsnittshastighet på halva sin kroppslängd per sekund”, sa Huang. “Detta är mycket utmanande att uppnå på så små skalor för terrestriska robotar.”

Att konstruera den lilla krabban

Krabban behöver inte förlita sig på komplex hårdvara, hydraulik eller elektricitet som många andra robotar. Den drar sin kraft från den elastiska återhämtningen av sin kropp. Forskarna konstruerade roboten genom att använda ett formminneslegeringsmaterial som förvandlas till en “kom ihåg” form när det värms upp. För att snabbt värma upp roboten använde teamet en skannad laserstråle och riktade den mot olika delar av robotens kropp. När den kyls, returnerar en tunn glasbeläggning den motsvarande delen av strukturen till dess deformerade form.

Genom att ändra från en fas till en annan kan roboten skapa rörelse. Genom att rikta laserstrålen i olika riktningar kan teamet kontrollera var roboten går. För att flytta från vänster till höger behöver teamet bara skanna från höger till vänster.

“Eftersom dessa strukturer är så små, är kylhastigheten mycket snabb”, förklarade Rogers. “I själva verket minskar storleken på dessa robotar tillåter dem att köra snabbare.”

För att uppnå en sådan liten storlek för roboten tillverkade teamet först föregångare till de gående krabbstrukturen i platta, plana geometrier. De fäste sedan föregångarna på ett något sträckt gummiunderlag. När underlaget slappnade, skedde en kontrollerad veckningsprocess och orsakade att krabban “poppade upp” i definierade tredimensionella former.

“Med dessa monteringstekniker och materialkoncept kan vi bygga gående robotar med nästan vilken storlek eller 3D-form som helst”, sa Rogers. “Men studenterna kände sig inspirerade och roade av de små krabbarnas sidledes krypande rörelser. Det var en kreativ vims.”