โรบอทขนาดแมลงปล่อยแสงเมื่อบิน

ทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ได้รับแรงบันดาลใจจากดวงตัวเมีย เพื่อสร้างแอกตูเอเตอร์แบบอ่อนที่สามารถปล่อยแสงได้ในสีหรือรูปแบบต่างๆ เมื่ออยู่ในโหมดบิน แขนกลเหล่านี้ควบคุมปีกของโรบอทบินได้ และจะสว่างเมื่ออยู่ในโหมดบิน วิธีการใหม่นี้ให้แนวทางใหม่ในการติดตามโรบอทบินได้ และอาจช่วยให้พวกมันสื่อสารกันได้

การวิจัยใหม่นี้ได้รับการตีพิมพ์ใน IEEE Robotics and Automation Letters

กล้ามเนื้อเทียมแบบอ่อนที่สามารถปล่อยแสงได้สามารถใช้ได้ในหลายๆ การใช้งาน ตัวอย่างเช่น โรบอทเหล่านี้สามารถมีบทบาทในการค้นหาและช่วยเหลือ โดยที่พวกมันสามารถค้นหาผู้รอดชีวิตและส่งสัญญาณไปยังโรบอทอื่นๆ เพื่อขอความช่วยเหลือ

การ跟踪และการสื่อสาร

โรบอทขนาดเล็กเหล่านี้มีน้ำหนักเพียงเล็กน้อยมากกว่าปากกา และความสามารถในการปล่อยแสงของพวกมันสามารถช่วยให้พวกมันบินได้ด้วยตนเองนอกห้องปฏิบัติการ เนื่องจากน้ำหนักของพวกมัน โรบอทจึงไม่สามารถบรรทุกเซ็นเซอร์ได้ ซึ่งหมายความว่านักวิจัยต้องติดตามพวกมันด้วยกล้องอินฟราเรดที่มีปัญหาในการใช้งานกลางแจ้ง อย่างไรก็ตาม ทีมนักวิจัยได้คิดวิธีการใหม่ในการติดตามพวกมันโดยใช้แสงสว่างที่พวกมันปล่อยออกมาและกล้องโทรศัพท์มือถือสามตัว

Kevin Chen เป็น D. Reid Weedon, Jr. ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ (EECS) หัวหน้าห้องปฏิบัติการ Soft and Micro Robotics Laboratory ใน Research Laboratory of Electronics (RLE) และผู้เขียนอาวุโสของเอกสาร

“หากคุณคิดถึงโรบอทขนาดใหญ่ พวกมันสามารถสื่อสารได้โดยใช้เครื่องมือต่างๆ มากมาย – บลูทูธ, ไร้สาย, ทั้งหมดนี้ แต่สำหรับโรบอทขนาดเล็กที่มีข้อจำกัดด้านพลังงาน เราต้องคิดถึงรูปแบบการสื่อสารใหม่ๆ สิ่งนี้เป็นขั้นตอนสำคัญในการบินโรบอทเหล่านี้ในบรรยากาศกลางแจ้งโดยที่เราไม่มีระบบติดตามการเคลื่อนที่ที่มีคุณภาพสูง” Chen กล่าว

การทำให้โรบอทขนาดเล็กสว่าง

ทีมนักวิจัยได้ฝังอนุภาคอิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์ขนาดเล็กลงในกล้ามเนื้อเทียม ซึ่งเพิ่มน้ำหนักเพียง 2.5% โดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการบินของโรบอท

กลุ่มนักวิจัยได้พัฒนาวิธีการสร้างแอกตูเอเตอร์แบบอ่อนใหม่เพื่อสร้างปีกของโรบอทบินได้ โดยการสร้างชั้นของอีลาสโตเมอร์และอิเล็กโทรดคาร์บอนนาโนทูบใน chồngกัน，然后ม้วนเป็นกระบอกสี่เหลี่ยมจัตุรัสหลอมหล่อ หลังจากที่มีการใช้แรงดันไฟฟ้ากับกระบอกสี่เหลี่ยมจัตุรัส อิเล็กโทรดจะบีบอีลาสโตเมอร์ และการบีบอีลาสโตเมอร์นี้ทำให้ปีกบินได้

ในการสร้างแอกตูเอเตอร์ที่สว่าง ทีมนักวิจัยได้ใส่อนุภาคอิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์ซิงค์ซัลเฟตลงในอีลาสโตเมอร์ แต่นี่ต้องใช้การทำงานอย่างหนัก

นักวิจัยต้องสร้างอิเล็กโทรดที่ไม่บดบังแสง พวกเขาทำสิ่งนี้โดยใช้คาร์บอนนาโนทูบที่มีความโปร่งใสสูง ซึ่งช่วยให้แสงผ่านได้ แม้จะมีคาร์บอนนาโนทูบเหล่านี้ อนุภาคซิงค์ยังคงต้องการสนามไฟฟ้าที่แข็งแรงและความถี่สูงมากเพื่อให้สว่าง สนามไฟฟ้าทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนในอนุภาคซิงค์ถูกกระตุ้น ทำให้อนุภาคเหล่านั้นปล่อยแสงออกมาเป็นโฟตอน สนามไฟฟ้าที่แข็งแรงถูกสร้างขึ้นโดยใช้แรงดันไฟฟ้าสูงในแอกตูเอเตอร์แบบอ่อน และใช้ในการขับเคลื่อนโรบอทที่ความถี่สูง การกระบวนการนี้ทำให้อนุภาคสว่างขึ้น

“ตามปกติแล้ว วัสดุอิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานสูง แต่ในทางกลับกัน เราได้รับอิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์ฟรีเพราะเราใช้สนามไฟฟ้าที่ความถี่ที่เราต้องการสำหรับการบิน เราไม่ต้องการการกระตุ้นใหม่ สายใหม่ หรืออะไรเลย มันใช้พลังงานเพิ่มขึ้นเพียง 3% เพื่อให้แสงสว่าง” Chen กล่าว

ทีมนักวิจัยพบว่าการเพิ่มอนุภาคซิงค์ทำให้คุณภาพของแอกตูเอเตอร์ลดลง ดังนั้นพวกมันจึงถูกผสมลงในชั้นอีลาสโตเมอร์บน ทำให้แอกตูเอเตอร์มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นประมาณ 2.5% แต่ก็สามารถปล่อยแสงได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการบิน

“เราใส่ใจในการรักษาคุณภาพของชั้นอีลาสโตเมอร์ระหว่างอิเล็กโทรด การเพิ่มอนุภาคเหล่านี้เกือบจะเหมือนกับการเพิ่มฝุ่นลงในชั้นอีลาสโตเมอร์ของเรา มันใช้หลายๆ วิธีและทดสอบมากมาย แต่เราพบวิธีในการรักษาคุณภาพของแอกตูเอเตอร์” Kim กล่าว

โดยการปรับเปลี่ยนส่วนผสมเคมีของอนุภาคซิงค์ สีของแสงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ทีมนักวิจัยได้สร้างอนุภาคสีส้ม สีเขียว และสีน้ำเงิน โดยแต่ละแอกตูเอเตอร์จะส่องแสงเพียงสีเดียว

ทีมนักวิจัยยังสามารถทำให้แอกตูเอเตอร์ปล่อยแสงหลายสีและรูปแบบได้โดยการวางมาสก์บนชั้นบน การเพิ่มอนุภาคซิงค์ และการหลอมหล่อแอกตูเอเตอร์

ระบบติดตามการเคลื่อนที่

ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบคุณสมบัติทางกลของแอกตูเอเตอร์และการวัดความเข้มของแสง พวกเขาทำการทดสอบการบินโดยใช้ระบบติดตามการเคลื่อนที่ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ โดยใช้กล้องโทรศัพท์มือถือไอโฟนในการติดตามแอกตูเอเตอร์แบบอ่อนที่สามารถปล่อยแสงได้ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายที่ใช้งานได้ หลังจากที่กล้องตรวจจับแสงสีแต่ละสี โปรแกรมคอมพิวเตอร์จะติดตามตำแหน่งของโรบอท

“เรารู้สึกภูมิใจมากกับผลลัพธ์การติดตามที่ดี เมื่อเทียบกับระบบติดตามการเคลื่อนที่ที่มีคุณภาพสูง เราใช้ฮาร์ดแวร์ที่มีราคาถูกเมื่อเทียบกับระบบติดตามการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ที่มีราคาหลายหมื่นดอลลาร์ และผลลัพธ์การติดตามก็ใกล้เคียงกัน” Chen กล่าว

ทีมนักวิจัยจะพัฒนาระบบติดตามการเคลื่อนที่เพื่อให้สามารถติดตามโรบอทได้แบบเรียลไทม์ และพยายามทำให้โรบอทขนาดเล็กสามารถเปิดและปิดแสงได้ระหว่างการบิน