Kỹ Thuật Mới Cải Thiện Hiệu Suất Của Robot Bay Micro

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts đã phát triển một kỹ thuật sản xuất mới cho phép tạo ra các bộ phận mềm, hoạt động với điện áp thấp, có mật độ năng lượng cao và độ bền cao cho các robot bay micro. Các cơ nhân tạo này cải thiện khả năng mang tải của robot và cho phép nó đạt được hiệu suất bay lơ lửng tốt nhất trong lớp.

Cơ Nhân Tạo Với Ít Lỗi Hơn

Các bộ phận mềm hoạt động với điện áp thấp hơn 75% so với các phiên bản hiện tại và có khả năng mang tải nhiều hơn 80%. Các cơ nhân tạo được sản xuất bằng kỹ thuật sản xuất này cũng có ít lỗi hơn, điều này giúp kéo dài tuổi thọ của các thành phần.

Kevin Chen là giáo sư trợ lý tại Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính. Ông cũng là trưởng phòng Phòng thí nghiệm Robot Mềm và Vi mô trong Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử (RLE) và là tác giả chính của nghiên cứu.

“Điều này mở ra nhiều cơ hội trong tương lai cho chúng tôi để chuyển sang việc đặt điện tử công suất trên robot bay micro. Người ta thường nghĩ rằng robot mềm không thể so sánh với robot cứng. Chúng tôi chứng minh rằng robot này, nặng ít hơn một gram, có thể bay trong thời gian dài nhất với sai số nhỏ nhất trong khi bay lơ lửng. Thông điệp chính là robot mềm có thể vượt qua hiệu suất của robot cứng,” Chen nói.

Nghiên cứu này đã được công bố trên Advanced Materials.

Robot hình chữ nhật này nặng ít hơn một phần tư của một xu, và nó có bốn bộ cánh được điều khiển bởi các bộ phận mềm. Các bộ phận mềm này bao gồm các lớp elastomer nằm giữa hai điện cực mỏng. Khi điện áp được áp dụng cho bộ phận mềm, các điện cực sẽ ép elastomer, tạo ra một lực cơ học làm cho cánh flap.

Đội ngũ nghiên cứu đã có thể tạo ra một bộ phận mềm với 20 lớp, mỗi lớp dày 10 micromet.

Quy Trình Tạo Phim Mỏng

Một trong những trở ngại chính mà đội ngũ nghiên cứu gặp phải là trong quá trình tạo phim mỏng, bao gồm việc đổ elastomer lên một bề mặt phẳng và quay nhanh. Lực ly tâm sẽ làm cho phim được kéo ra ngoài và trở nên mỏng hơn.

“Trong quá trình này, không khí sẽ trở lại vào elastomer và tạo ra nhiều bong bóng khí nhỏ. Đường kính của các bong bóng khí này chỉ khoảng 1 micromet, vì vậy trước đây chúng tôi đã bỏ qua chúng. Nhưng khi bạn có được các lớp mỏng hơn và mỏng hơn, ảnh hưởng của các bong bóng khí trở nên mạnh hơn và mạnh hơn. Đó là lý do truyền thống tại sao mọi người không thể tạo ra các lớp mỏng như vậy,” Chen giải thích.

Bằng cách thực hiện một quá trình tạo chân không ngay sau khi tạo phim mỏng, các bong bóng khí sẽ bị loại bỏ và elastomer có thể được nướng để khô.

Bằng cách loại bỏ các lỗi này, công suất của bộ phận mềm tăng hơn 300% và tuổi thọ của nó được cải thiện đáng kể.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật này để tạo ra cơ nhân tạo 20 lớp, sau đó được thử nghiệm với phiên bản 6 lớp trước đó và các bộ phận cứng hiện đại.

Bộ phận mềm 20 lớp, chỉ cần dưới 500 volt để hoạt động, đã tạo ra đủ năng lượng để cho robot một tỷ lệ nâng trọng lượng là 3,7 đến 1, có nghĩa là nó có thể mang tải trọng gấp 3 lần trọng lượng của nó.

Đội ngũ nghiên cứu cũng đã thực hiện thành công một chuyến bay lơ lửng trong 20 giây, theo Chen, đây là chuyến bay lơ lửng dài nhất từng được ghi nhận bởi một robot dưới một gram.

“Hai năm trước, chúng tôi đã tạo ra bộ phận mềm có mật độ năng lượng cao nhất và nó có thể bay được. Chúng tôi bắt đầu tự hỏi, liệu robot mềm có thể cạnh tranh với robot cứng không? Chúng tôi quan sát thấy một lỗi sau lỗi khác, vì vậy chúng tôi tiếp tục làm việc và giải quyết một vấn đề sản xuất sau另 một, và bây giờ hiệu suất của bộ phận mềm đang bắt kịp. Chúng thậm chí còn tốt hơn một chút so với các bộ phận cứng hiện đại. Và vẫn còn một số quá trình sản xuất trong khoa học vật liệu mà chúng tôi không hiểu. Vì vậy, tôi rất hào hứng để tiếp tục giảm điện áp hoạt động,” ông nói.

Đội ngũ nghiên cứu hiện đang tìm kiếm các phương pháp chính xác hơn quy trình tạo phim mỏng để làm cho các lớp mỏng hơn. Chen hy vọng rằng độ dày có thể được giảm xuống chỉ còn 1 micromet.