Insektsinspirerade robotar övervakar komplexa miljöer

Forskare vid University of Pittsburgh har designat små insektsinspirerade robotar som kan användas i komplexa och trånga miljöer som är svåra för människor att nå.

Den nya forskningen med titeln “Molecularly Directed, Geometrically-Latched, Impulsive Actuation Powers Sub-Gram Scale Motility” publicerades i tidskriften Advanced Materials Technologies.

Bild- och miljöutvärdering

Junfeng Gao är en doktorand i industriell teknik vid Swanson School of Engineering. Han ledde arbetet med de nyligen utvecklade robotarna.

“Dessa robotar kan användas för att komma åt begränsade områden för bild- eller miljöutvärdering, ta vattenprover eller utföra strukturutvärderingar”, sa Gao. “Var du vill komma åt begränsade platser – där en insekt kan gå men en person inte kan – kan dessa maskiner vara användbara.”

Detta är ännu ett exempel på att forskare söker inspiration i naturen för att bygga dagens mikrobotar. Små varelser som bönsyrsor och flugor kan manövrera över ytor på ett sätt som är mer energisnålt än att krypa genom att förlita sig på impulsiva rörelser. Dessa rörelser har sedan replikerats i de nya robotarna som tillverkats av polymeric konstgjord muskel.

Ravi Shankar är professor i industriell teknik vid Pitt. Han kontrollerar labbet som ledde den nya forskningen.

“Det är likt att ladda en pil i en båge och skjuta den – robotarna hakar fast för att bygga upp energi och sedan släppa den i en impulsiv explosion för att hoppa framåt”, sa Shankar. “Vanligtvis är aktivering i de konstgjorda muskler vi arbetar med ganska långsam. Vi drogs till frågan, ‘Hur kan vi ta denna konstgjorda muskel och använda den för att generera en hoppaktivering snarare än långsam aktivering?’”

Övergång till molekylär ordning och geometri

För att besvara denna fråga tittade teamet på molekylär ordning och geometri.

Mohsen Tabrizi är en doktorand i industriell teknik vid Swanson School och medförfattare till forskningen.

“Den kurvade kompositsformen av polymermuskeln tillåter den att bygga upp energi när den är strömförsörjd. Sättet molekylerna är utplacerade i muskeln hämtar inspiration från den naturliga världen, där deras kombinerade aktivering bygger upp energi i strukturen”, sa Tabrizi. “Detta uppnås med hjälp av inte mer än några volt elektricitet.”

Genom att designa de insektsstora robotarna för att vara både mångsidiga och lätta kan de manövrera längs rörliga ytor som sand. De kan utföra dessa rörelser lika lätt som de gör över hårda ytor. Mest imponerande är att robotarna kan hoppa över vatten.

Forskningen inkluderade också medförfattaren Arul Clement.