เทคนิคใหม่ปรับปรุงประสิทธิภาพของฟลายอิง ไมโครโบท

นักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ได้พัฒนาเทคนิคการผลิตใหม่ที่ช่วยให้สามารถผลิตแอคชูเอเตอร์ซอฟต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและทนทานสำหรับโรบอทขนาดเล็กที่บินได้ แอคชูเอเตอร์เทียมเหล่านี้ช่วยให้โรบอทสามารถบรรทุกสินค้าได้มากขึ้นและบรรลุประสิทธิภาพการบินที่ดีที่สุด

กล้ามเนื้อเทียมที่มีข้อบกพร่องน้อยลง

แอคชูเอเตอร์ซอฟต์เหล่านี้ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 75 เปอร์เซ็นต์ และสามารถบรรทุกสินค้าได้มากขึ้น 80 เปอร์เซ็นต์ กล้ามเนื้อเทียมที่ผลิตโดยเทคนิคการผลิตนี้ยังมีข้อบกพร่องน้อยลง ซึ่งช่วยให้อายุการใช้งานของส่วนประกอบยาวนานขึ้น

Kevin Chen เป็นรองศาสตราจารย์ D. Reid Weedon, Jr. ‘41 ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ และเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการ Soft and Micro Robotics ใน Research Laboratory of Electronics (RLE) และเป็นนักวิจัยหลักของการวิจัยนี้

“สิ่งนี้เปิดโอกาสให้เราในการพัฒนาโรบอทขนาดเล็กที่บินได้ในอนาคต โดยการใส่ระบบไฟฟ้าบนโรบอท People มักคิดว่าโรบอทซอฟต์ไม่สามารถทำงานได้ดีเท่ากับโรบอทที่มีความแข็งแรง แต่เราทำให้โรบอทขนาดเล็กที่บินได้สามารถทำงานได้ดีที่สุด และมีข้อผิดพลาดน้อยที่สุดในการบินอยู่กับที่” Chen กล่าว

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Materials

โรบอทขนาดเล็กที่บินได้มีน้ำหนักน้อยกว่าหนึ่งในสี่ของเหรียญสหรัฐฯ และมี bốnชุดของปีกที่ขับเคลื่อนด้วยแอคชูเอเตอร์ซอฟต์ กล้ามเนื้อเทียมเหล่านี้ประกอบด้วยชั้นของอีลาสโตเมอร์ที่วางระหว่างสองอิเล็กโทรด เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกใช้กับแอคชูเอเตอร์ อิเล็กโทรดจะบีบอีลาสโตเมอร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกลที่ทำให้ปีกบินได้

ทีมงานสามารถสร้างแอคชูเอเตอร์ที่มี 20 ชั้น แต่ละชั้นมีความหนา 10 ไมโครเมตร

กระบวนการโค팅แบบสปิน

อุปสรรคหลักที่ทีมงานต้องเผชิญคือกระบวนการโค팅แบบสปิน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเทอีลาสโตเมอร์ลงบนพื้นผิวแบนและหมุนอย่างรวดเร็ว แรงเหวี่ยงทำให้ฟิล์มถูกดึงออกไปและบางลง

“ในกระบวนการนี้ อากาศจะเข้ามาในอีลาสโตเมอร์และสร้างฟองอากาศขนาดเล็กมากๆ เส้นผ่านศูนย์กลางของฟองอากาศเหล่านี้มีขนาดเพียง 1 ไมโครเมตร ดังนั้นเราจึงเพิกเฉยต่อพวกมัน แต่เมื่อชั้นบางลง ฟองอากาศเหล่านี้ก็จะส่งผลกระทบมากขึ้นและมากขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ไม่สามารถสร้างชั้นบางๆ ได้” Chen อธิบาย

โดยการทำการดูดอากาศหลังการโค팅แบบสปิน ฟองอากาศจะถูกเอาออกและอีลาสโตเมอร์สามารถนำไปอบแห้งได้

ด้วยการเอาข้อบกพร่องเหล่านี้ออกไป กำลังไฟฟ้าของแอคชูเอเตอร์จะเพิ่มขึ้นมากกว่า 300 เปอร์เซ็นต์ และอายุการใช้งานจะดีขึ้นอย่างมาก

นักวิจัยใช้เทคนิคเหล่านี้ในการสร้างกล้ามเนื้อเทียม 20 ชั้น ซึ่งถูกทดสอบกับเวอร์ชันก่อนหน้าและแอคชูเอเตอร์ที่มีความแข็งแรง

แอคชูเอเตอร์ 20 ชั้น ต้องการแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า 500 โวลต์ในการทำงาน และมีกำลังมากพอที่จะให้โรบอทมีอัตราส่วนการยกของ 3.7 ต่อ 1 ซึ่งหมายความว่าสามารถบรรทุกสินค้าได้ประมาณสามเท่าของน้ำหนักตัว

ทีมงานยังสามารถบินอยู่กับที่ได้สำเร็จเป็นเวลา 20 วินาที ซึ่งเป็นเวลาที่ยาวที่สุดเท่าที่เคยบันทึกไว้โดยโรบอทขนาดเล็กที่บินได้

“สองปีที่แล้ว เราได้สร้างแอคชูเอเตอร์ที่มีพลังมากที่สุด แต่ก็สามารถบินได้เพียงเล็กน้อย เราเริ่มสงสัยว่าโรบอทซอฟต์จะสามารถแข่งขันกับโรบอทที่มีความแข็งแรงได้หรือไม่ เราได้พบข้อบกพร่องหนึ่งๆ และเราก็แก้ไขปัญหาเหล่านั้นไปทีละข้อ และตอนนี้ประสิทธิภาพของแอคชูเอเตอร์ซอฟต์กำลังดีขึ้น และดีกว่าแอคชูเอเตอร์ที่มีความแข็งแรงที่ดีที่สุดในขณะนี้” Chen กล่าว

ทีมงานกำลังมองหาวิธีการที่แม่นยำมากกว่าการโค팅แบบสปินเพื่อทำให้ชั้นบางลง Chen หวังว่าความหนาสามารถลดลงได้ถึง 1 ไมโครเมตร