Дослідники розробили стійкого RoboBee з м’якими м’язами

Дослідники в Harvard Microrobotics Laboratory at the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), разом з Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, розробили RoboBee, який працює за допомогою м’яких штучних м’язів. Міні-робот здатний врізатися в стіни, падати на землю та зіштовхуватися з іншими RoboBee без пошкоджень. Це великий момент для робототехніки, оскільки RoboBee став першим міні-роботом, який працює за допомогою м’яких актуаторів і здатний до керованого польоту. 

Yufeng Chen є першим автором статті і колишнім аспірантом та постдокторантом у SEAS.

“Було велике прагнення в галузі міні-робототехніки створити рухомі роботи з м’якими актуаторами, оскільки вони дуже стійкі”, – сказав Chen. “Однак, багато людей у галузі сумнівалися, що їх можна використовувати для літаючих роботів, оскільки густину потужності цих актуаторів просто не була достатньо високою, і вони дуже складні у керуванні. Наш актуатор має достатньо високу густину потужності та керованості, щоб досягти зависання у повітрі.”

Дослідження було опубліковано в Nature.

Проблеми, з якими зіштовхнулися дослідники

Однією з проблем, з якими зіштовхнулися дослідники, була густина потужності. Вони звернулися до електрично-керованих м’яких актуаторів, які були розроблені в лабораторії Девіда Кларка, професора матеріалознавства. М’які актуатори створюються за допомогою діелектричних еластомерів, які є м’якими матеріалами з сильними ізоляційними властивостями. Коли прикладається електричне поле, діелектричні еластомери деформуються. 

Після покращення провідності електродів актуатор міг працювати на частоті 500 Гц. Це подібно до раніше використовуваних жорстких актуаторів у роботах. 

Однією з інших проблем з м’якими актуаторами є те, що система часто стає нестабільною. Щоб подолати це, дослідники розробили легкий каркас. Він складається з вертикальної нитки, яка обмежує актуатор і запобігає його згинанню. 

Спроможність польоту

У малих роботах м’які актуатори можна легко замінити та зібрати. Дослідники розробили кілька моделей м’яко-живленого RoboBee, щоб продемонструвати різні можливості польоту. 

Одна з моделей має два крила і може злетіти з землі. Однак ця модель не має подальшого контролю. Чотирикрила модель з двома актуаторами здатна літати в переповненому середовищі. У рамках одного польоту RoboBee може уникнути кількох зіштовхнень.

Elizabeth Farrell Helbling є колишнім аспірантом у SEAS і співавтором статті. 

“Одна з переваг малих, низькомасових роботів полягає в їхній стійкості до зовнішніх ударів”, – сказала вона. “М’який актуатор надає додаткову вигоду, оскільки може краще поглинати удари порівняно з традиційними стратегіями актуації. Це буде корисно у потенційних застосуваннях, таких як польот через руїни для пошуково-рятувальних місій.”

Інша модель – восьмикрила, чотириактуаторна RoboBee. Вона здатна виконувати кероване зависання у повітрі, що вперше було продемонстровано м’яко-живленим літаючим міні-роботом. 

Що далі?

Дослідники зараз працюють над збільшенням ефективності м’яко-живленого RoboBee. Йому ще далеко до традиційних літаючих роботів. 

Robert Wood є професором інженерії та прикладних наук у SEAS. Він також є членом факультету Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering і старшим автором статті. 

“М’які актуатори з властивостями м’язів і електричною активацією представляють великий виклик у робототехніці”, – сказав професор Вуд.  “Якщо ми зможемо розробити високопродуктивні штучні м’язи, то небо буде межею для тих роботів, які ми зможемо створити.”