Các Kỹ Sư Phát Triển Robot Đi Bộ Từ Xa Nhỏ Nhất

Một nhóm các kỹ sư tại Đại học Northwestern đã phát triển robot đi bộ từ xa nhỏ nhất, dưới dạng một con cua nhỏ.

Những con robot cua nhỏ chỉ rộng một nửa milimét, khiến chúng nhỏ hơn một con bọ chét. Chúng có thể uốn, xoắn, đi, bò, quay và nhảy. Ngoài con cua nhỏ, các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển các robot cỡ milimét giống như dế, bọ cánh cứng và sâu róm.

Đạt Được Robot Cỡ Vi

Theo nhóm nghiên cứu, những loại robot mới này có thể đưa chúng ta đến gần hơn với việc đạt được robot cỡ vi có thể hoạt động trong không gian bị giới hạn chặt.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Science Robotics.

John A. Rogers đã dẫn đầu công việc thực nghiệm. Ông là giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật, kỹ thuật sinh học và phẫu thuật thần kinh tại trường Kỹ thuật McCormick và trường Y Feinberg của Northwestern. Ông cũng là giám đốc của Viện QSIB (Querrey Simpson Institute for Bioelectronics).

“Robotic là một lĩnh vực nghiên cứu thú vị, và sự phát triển của robot cỡ micro là một chủ đề thú vị cho việc khám phá học thuật,” Rogers nói. “Bạn có thể tưởng tượng các robot cỡ micro như các tác nhân để sửa chữa hoặc lắp ráp các cấu trúc hoặc máy móc nhỏ trong công nghiệp hoặc như các trợ lý phẫu thuật để loại bỏ các tắc nghẽn động mạch, ngừng chảy máu nội hoặc loại bỏ các khối u ác tính — tất cả trong các thủ tục xâm lấn tối thiểu.”

Yonggang Huang đã dẫn đầu công việc lý thuyết. Ông là giáo sư kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật dân sự và môi trường tại McCormick và là thành viên quan trọng của QSIB.

“Công nghệ của chúng tôi cho phép nhiều chế độ chuyển động được kiểm soát và có thể đi với tốc độ trung bình là một nửa chiều dài cơ thể mỗi giây,” Huang nói. “Điều này rất khó đạt được ở quy mô nhỏ như vậy đối với các robot trên đất liền.”

Xây Dựng Con Cua Nhỏ

Con cua không cần dựa vào phần cứng phức tạp, thủy lực hoặc điện như nhiều robot khác. Nó lấy năng lượng từ sự đàn hồi của cơ thể. Các nhà nghiên cứu đã xây dựng robot bằng cách sử dụng một vật liệu hợp kim có hình dạng nhớ khi được nung nóng. Để nung nóng nhanh robot, nhóm đã sử dụng một chùm laser quét và nhắm vào các vị trí khác nhau trên cơ thể của robot. Khi nó nguội đi, một lớp phủ mỏng bằng thủy tinh sẽ trả lại phần tương ứng của cấu trúc về hình dạng bị biến dạng của nó.

Bằng cách thay đổi từ một pha này sang pha khác, robot có thể tạo ra chuyển động. Bằng cách nhắm chùm laser vào các hướng khác nhau, nhóm có thể kiểm soát nơi robot đi. Để di chuyển từ trái sang phải, nhóm chỉ cần quét từ phải sang trái.

“Bởi vì các cấu trúc này rất nhỏ, tốc độ làm mát rất nhanh,” Rogers giải thích. “Trên thực tế, giảm kích thước của các robot này cho phép chúng chạy nhanh hơn.”

Để đạt được trạng thái nhỏ như vậy cho robot, nhóm đầu tiên đã tạo ra các tiền chất của các cấu trúc đi bộ cua trong hình học phẳng. Họ sau đó đã gắn các tiền chất này vào một lớp nền cao su hơi giãn. Bằng cách thư giãn lớp nền, một quá trình uốn cong được kiểm soát sẽ xảy ra và gây ra con cua “nhảy lên” vào các hình dạng ba chiều được xác định.

“Với các kỹ thuật lắp ráp và các khái niệm vật liệu này, chúng tôi có thể xây dựng các robot đi bộ với gần như bất kỳ kích thước hoặc hình dạng 3D nào,” Rogers nói. “Nhưng các sinh viên cảm thấy truyền cảm hứng và thích thú với các chuyển động bò ngang của các con cua nhỏ. Đó là một ý tưởng sáng tạo.”