Các nhà nghiên cứu phát triển RoboBee mạnh mẽ với cơ mềm

Các nhà nghiên cứu tại Laboratory Microrobotics của Harvard tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS), cùng với Viện Kỹ thuật lấy cảm hứng từ Sinh học Wyss, đã phát triển một RoboBee được trang bị cơ mềm nhân tạo. Microrobot này có khả năng va chạm với tường, rơi xuống đất và va chạm với các RoboBee khác mà không bị hư hỏng. Đây là một bước tiến lớn trong lĩnh vực robot, RoboBee là microrobot đầu tiên được trang bị cơ mềm có thể đạt được chuyến bay có kiểm soát.

Yufeng Chen là tác giả đầu tiên của bài báo và là cựu sinh viên sau đại học và nghiên cứu sinh tại SEAS.

“Đã có một nỗ lực lớn trong lĩnh vực microrobotics để tạo ra robot di động từ các cơ mềm vì chúng rất mạnh mẽ,” Chen nói. “Tuy nhiên, nhiều người trong lĩnh vực này đã hoài nghi rằng chúng có thể được sử dụng cho robot bay vì mật độ công suất của các cơ này đơn giản là không đủ cao và chúng rất khó kiểm soát. Cơ của chúng tôi có mật độ công suất và khả năng kiểm soát đủ cao để đạt được chuyến bay lơ lửng.”

Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Nature.

Vấn đề gặp phải

Một trong những vấn đề mà các nhà nghiên cứu gặp phải là mật độ công suất. Họ đã tìm kiếm các cơ mềm được điều khiển bằng điện được phát triển trong phòng thí nghiệm của David Clarke, Giáo sư Kỹ thuật Vật liệu của gia đình Tarr. Các cơ mềm này được tạo ra bằng cách sử dụng elastomer điện môi, là các vật liệu mềm có tính cách điện mạnh. Khi một trường điện được áp dụng, elastomer điện môi sẽ biến dạng.

Sau khi cải thiện độ dẫn điện của điện cực, cơ này có thể hoạt động ở tần số 500 Hz. Điều này tương tự như các cơ cứng đã được sử dụng trước đây trong robot.

Một trong những vấn đề khác với các cơ mềm là hệ thống thường trở nên không ổn định. Để vượt qua điều này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một khung máy bay nhẹ. Nó bao gồm một đoạn dây chỉ thẳng đứng để ngăn cơ này bị gãy.

Khả năng bay

Trong các robot nhỏ, các cơ mềm này có thể được thay thế và lắp ráp dễ dàng. Các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều mô hình khác nhau của RoboBee được trang bị cơ mềm để展示 các khả năng bay khác nhau.

Một trong các mô hình này có hai cánh và có thể cất cánh từ mặt đất. Tuy nhiên, mô hình này không có khả năng kiểm soát thêm. Mô hình bốn cánh, hai cơ này có thể bay trong môi trường đông đúc. Trong một chuyến bay, RoboBee có thể tránh nhiều va chạm.

Elizabeth Farrell Helbling là một cựu sinh viên sau đại học tại SEAS và cô đã đồng tác giả bài báo.

“Một ưu điểm của các robot nhỏ, nhẹ là khả năng chống lại các tác động bên ngoài,” cô nói. “Cơ mềm cung cấp một lợi thế bổ sung vì nó có thể hấp thụ tác động tốt hơn so với các chiến lược hoạt động truyền thống. Điều này sẽ rất hữu ích trong các ứng dụng tiềm năng như bay qua đống đổ nát để thực hiện các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ.”

Mô hình khác là RoboBee tám cánh, bốn cơ. Nó có khả năng thực hiện chuyến bay lơ lửng có kiểm soát, đây là lần đầu tiên được chứng minh bởi một robot bay mềm.

Tương lai

Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách tăng hiệu suất của RoboBee được trang bị cơ mềm. Nó vẫn còn một chặng đường dài trước khi bắt kịp với các robot bay truyền thống.

Robert Wood là Giáo sư Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng tại SEAS. Ông cũng là thành viên cốt lõi của Viện Kỹ thuật lấy cảm hứng từ Sinh học Wyss và là tác giả chính của bài báo.

“Cơ mềm với tính chất giống như cơ và hoạt động bằng điện đại diện cho một thách thức lớn trong lĩnh vực robot,” Giáo sư Wood nói. “Nếu chúng ta có thể thiết kế các cơ nhân tạo có hiệu suất cao, thì không có giới hạn cho những robot mà chúng ta có thể xây dựng.”