Böcek Ölçekli Robotlar Uçarken Işık Yayar

Massachusetts Institute of Technology'deki bir araştırma ekibi, uçarken farklı renk veya desenlerde ışık yayan yumuşak aktüatörler oluşturmak için ateşböceklerinden ilham aldı. Yapay kaslar, uçan robotların kanatlarını kontrol ediyor ve uçuş modundayken yanıyorlar. Bu yeni yaklaşım, uçan robotları izlemek için yenilikçi bir yol sağlar ve iletişim kurmalarına yardımcı olabilir. 

Yeni araştırma yayınlandı IEEE Robotik ve Otomasyon Mektupları. 

Elektrolüminesan yumuşak yapay kaslar, çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Örneğin robotlar, hayatta kalanları bulabilecekleri ve diğer robotlara yardım için sinyal gönderebilecekleri bir arama kurtarma görevinde rol oynayabilir. 

İletişimi İzleme ve Etkinleştirme

Mikro ölçekli robotlar, bir ataçtan yalnızca biraz daha ağırdır ve ışık yayma yetenekleri, laboratuvar ortamı dışında kendi başlarına uçmalarına yardımcı olabilir. Mikrobotlar ağırlıkları nedeniyle herhangi bir sensör taşıyamazlar, bu da araştırmacıların onları açık havada mücadele eden kızılötesi kameralarla takip etmesi gerektiği anlamına gelir. Ancak ekip, yaydıkları ışığı ve üç akıllı telefon kamerasını kullanarak onları izlemek için yeni bir yöntem buldu. 

Kevin Chen, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimi (EECS) Bölümünde D. Reid Weedon, Jr. Yardımcı Doçent, Elektronik Araştırma Laboratuvarı'nda (RLE) Yumuşak ve Mikro Robotik Laboratuvarı başkanı ve kıdemli yazardır. kağıt. 

Chen, "Büyük ölçekli robotları düşündüğünüzde, birçok farklı araç kullanarak iletişim kurabilirler; Bluetooth, kablosuz ve benzeri birçok şey. Ancak küçük ve güç kısıtlaması olan bir robot için yeni iletişim yöntemleri düşünmek zorundayız. Bu, iyi ayarlanmış, son teknoloji bir hareket izleme sistemine sahip olmadığımız dış mekanlarda bu robotları uçurmak için atılmış büyük bir adım," diyor.

Mikrorobotların Parıldamasını Sağlamak

Ekip, robotun uçuş performansını etkilemeden yalnızca yüzde 2.5 daha fazla ağırlık ekleyen yapay kaslara minik elektrominesans parçacıkları yerleştirdi. 

Araştırma grubu daha önce, robotun kanatlarını çırpan yumuşak aktüatörler oluşturmak için yeni bir üretim tekniği geliştirdi. Elastomer ve karbon nanotüp elektrotların ultra ince katmanlarını yumuşacık bir silindire yuvarlamadan önce bir yığın halinde değiştirerek oluşturulurlar. Silindire voltaj uygulandıktan sonra elektrotlar elastomeri sıkıştırır ve bu gerilim kanatların kanat çırpmasına neden olur. 

Parlayan aktüatörü oluşturmak için ekip, elastomerin içine elektrominesans çinko sülfat parçacıkları yerleştirdi, ancak bu biraz çalışma gerektirdi. 

Araştırmacılar önce ışığı engellemeyecek bir elektrot oluşturmak zorunda kaldılar. Bunu, ışığın geçmesine izin veren oldukça şeffaf karbon nanotüpler kullanarak yaptılar. Bu nanotüplerle bile, çinko parçacıklarının yanması için hala çok güçlü ve yüksek frekanslı bir elektrik alanı gerekiyordu. Elektro alan, çinko parçacıklarındaki elektronları uyararak, bunların atom altı ışık parçacıkları veya fotonlar yaymasına neden olur. Daha sonra yumuşak aktüatörde yüksek voltajla güçlü bir elektrik alanı oluşturuldu ve robotu yüksek frekansta sürmek için kullanıldı. Bu işlem parçacıkların aydınlanmasına izin verdi. 

Chen, "Geleneksel olarak, elektrolüminesans malzemeler enerji açısından çok pahalıdır, ancak bir bakıma bu elektrolüminesansı bedavaya elde ediyoruz çünkü uçmak için ihtiyaç duyduğumuz frekansta elektrik alanını kullanıyoruz. Yeni bir harekete geçirme sistemine, yeni kablolara veya başka bir şeye ihtiyacımız yok. Işığı yaymak için sadece yaklaşık %3 daha fazla enerji gerekiyor," diyor.

Ekip, çinko parçacıklarının eklenmesinin aktüatörün kalitesini düşürdüğünü ve bu nedenle yalnızca üst elastomer katmana karıştırıldığını öğrendi. Bu, aktüatörün yaklaşık yüzde 2.5 daha ağır olmasına neden oldu, ancak uçuş performansını etkilemeden ışık yayabilir. 

"Elektrotlar arasındaki elastomer katmanların kalitesini korumaya çok özen gösteriyoruz. Bu parçacıkları eklemek, neredeyse elastomer katmanımıza toz eklemek gibiydi. Birçok farklı yaklaşım ve çok sayıda test gerektirdi, ancak aktüatörün kalitesinden emin olmanın bir yolunu bulduk,” diyor Kim.

Çinko parçacıklarının kimyasal bileşimi ayarlanarak açık renk değiştirilebilir. Ekip, her bir aktüatörün tek bir renkte parladığı turuncu, yeşil ve mavi parçacıklar yarattı. 

Ekip ayrıca üst katmanın üzerine bir maske yerleştirip çinko parçacıkları ekleyerek ve ardından aktüatörü sertleştirerek aktüatörlerin çok renkli ve desenli ışık yaymasını sağladı. 

Hareket Takip Sistemi

Bir sonraki adım, aktüatörlerin mekanik özelliklerini test etmek ve ışığın yoğunluğunu ölçmekti. Aktif bir işaretleyici görevi gören her bir elektrolüminesan aktüatörü izlemek için iPhone kameralarının kullanıldığı, özel olarak tasarlanmış bir hareket izleme sistemiyle uçuş testleri gerçekleştirdiler. Kameralar her bir açık rengi algıladıktan sonra, bir bilgisayar programı robotların konumunu takip ediyor.

"Son teknolojiye kıyasla izleme sonucunun ne kadar iyi olduğuyla gurur duyuyoruz. Chen, bu büyük hareket izleme sistemlerinin maliyetinin onbinlerce dolarla karşılaştırıldığında ucuz donanımlar kullanıyorduk ve izleme sonuçlarının çok yakın olduğunu söylüyor.

Ekip şimdi, robotların gerçek zamanlı takibini sağlamak için hareket izleme sistemini geliştirmenin yanı sıra mikrobotların uçuş sırasında ışıklarını açıp kapatmasını sağlamaya çalışacak.