Araştırmacılar Esnek Kaslara Sahip Dayanıklı RoboBee Geliştirdi

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilim Okulu’nda (SEAS) bulunan Harvard Mikro Robotik Laboratuvarı ve Biyolojik İlhamlı Mühendislik için Wyss Enstitüsü’nden araştırmacılar, esnek yapay kaslarla çalışan bir RoboBee geliştirdiler. Mikro robot, duvarlara çarpmadan, yere düşmeden ve diğer RoboBeeler ile çarpışmadan hasar görmeden hareket edebiliyor. Robotik için büyük bir an olan bu gelişmede, RoboBee, kontrolsüz uçuş gerçekleştirebilen ilk esnek aktüatörlü mikro robot oldu.

Yufeng Chen, makalenin ilk yazarı ve SEAS’te eski bir yüksek lisans öğrencisi ve doktora sonrası araştırma görevlisi.

“Mikro robotik alanında, hareketli robotları esnek aktüatörlerden yapmak için büyük bir çaba var, çünkü onlar çok dayanıklılar” dedi Chen. “Ancak, manyetik alanda birçok insan, onların uçan robotlar için kullanılabileceğinden şüpheli, çünkü bu aktüatörlerin güç yoğunluğu yeterli değil ve kontrol edilmesi çok zor. Bizim aktüatörümüz, yeterli güç yoğunluğuna ve kontrol edilebilirliğe sahip, böylece süzülme uçuşu gerçekleştirebiliyor.”

Araştırma Nature dergisinde yayımlandı.

Karşılaşılan Sorunlar

Araştırmacıların karşılaştığı sorunlardan biri güç yoğunluğuydu. David Clarke’in laboratuvarında geliştirilen elektrikli esnek aktüatörleri incelediler. Esnek aktüatörler, güçlü yalıtım özelliklerine sahip olan dielektrik elastomerler kullanılarak oluşturuluyor. Bir elektrik alanı uygulandığında, dielektrik elastomerler deforme oluyor.

Elektrot iletkenliğini iyileştirdikten sonra, aktüatör 500 Hertz’de çalıştırılabiliyor. Bu, daha önce kullanılan rijit aktüatörlerle benzer.

Esnek aktüatörlerle ilgili diğer bir sorun, sistemin genellikle dengesiz hale gelmesidir. Bunu aşmak için araştırmacılar, hafif bir hava çerçevesi geliştirdiler. Bu, aktüatörün bükülmesini önlemek için dikey bir kısıtlama ipliğinden oluşuyor.

Uçuş Kabiliyeti

Küçük ölçekli robotlarda, esnek aktüatörler kolayca değiştirilebilir ve monte edilebilir. Araştırmacılar, çeşitli uçuş kabiliyetlerini göstermek için esnek güçlendirilmiş RoboBee’nin birden fazla modelini geliştirdiler.

Modellerden biri iki kanata sahip ve yerden havalanabiliyor, ancak bu modelde daha fazla kontrol yok. Dört kanatlı, iki aktüatörlü model, kalabalık bir ortamda uçabiliyor. Tek bir uçuşta, RoboBee birden fazla çarpışmadan kaçınabiliyor.

Elizabeth Farrell Helbling, SEAS’te eski bir yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ortak yazarı.

“Küçük ölçekli, düşük kütleli robotların bir avantajı, dış etkilere karşı dayanıklı olmaları” dedi. “Esnek aktüatör, geleneksel aktüasyon stratejilerine göre daha iyi darbeyi emebiliyor. Bu, arama ve kurtarma görevleri için enkazdan geçmek gibi potansiyel uygulamalarda faydalı olabilir.”

Diğer bir model, sekiz kanatlı, dört aktüatörlü RoboBee. Kontrollü süzülme uçuşu gerçekleştirebiliyor, bu da esnek güçlendirilmiş bir uçan mikro robot tarafından ilk kez gösterilen bir başarı.

Sonraki Adımlar

Araştırmacılar, esnek güçlendirilmiş RoboBee’nin verimliliğini artırmaya çalışıyorlar. Geleneksel uçan robotlara yetişmek için masih uzun bir yol katetmeleri gerekiyor.

Robert Wood, SEAS’te Charles Nehri Mühendislik ve Uygulamalı Bilim Profesörü ve Biyolojik İlhamlı Mühendislik için Wyss Enstitüsü’nün çekirdek fakültesi üyesi. Ayrıca makalenin senior yazarı.

“Kas benzeri özelliklere ve elektrikli aktivasyona sahip esnek aktüatörler, robotik için büyük bir zorluk teşkil ediyor” diyor Profesör Wood. “Yüksek performanslı yapay kaslar geliştirebilseydik, inşa edebileceğimiz robotların sınırı olmazdı.”