Inżynierowie z Northwestern University opracowali najmniejszego w historii zdalnie sterowanego robota kroczącego, który ma postać malutkiego, uroczego kraba peekytoe.
Małe kraby o szerokości zaledwie pół milimetra mogą się zginać, skręcać, czołgać, chodzić, skręcać, a nawet skakać. Naukowcy opracowali także roboty o rozmiarach milimetrów, przypominające robaki, świerszcze i chrząszcze. Chociaż badania mają obecnie charakter eksploracyjny, naukowcy są przekonani, że ich technologia może zbliżyć tę dziedzinę do realizacji mikrorobotów, które mogą wykonywać praktyczne zadania w ciasnych przestrzeniach.
Wyniki badań zostaną opublikowane w środę (25 maja) w czasopiśmie Science Robotics. We wrześniu zeszłego roku ten sam zespół wprowadził skrzydlaty mikrochip, który był najmniejszą strukturą latającą stworzoną przez człowieka.
„Robotyka to ekscytująca dziedzina badań, a rozwój robotów w mikroskali to zabawny temat do eksploracji akademickiej” – powiedział John A. Rogers, który kierował pracami eksperymentalnymi. „Możesz sobie wyobrazić mikroroboty jako środki do naprawy lub montażu małych struktur lub maszyn w przemyśle lub jako asystenci chirurgów do oczyszczania zatkanych tętnic, zatrzymywania wewnętrznego krwawienia lub eliminacji guzów nowotworowych – wszystko w minimalnie inwazyjnych procedurach”.
„Nasza technologia umożliwia różne kontrolowane tryby ruchu i może chodzić ze średnią prędkością równą połowie długości ciała na sekundę” – dodał Yonggang Huang, który kierował pracami teoretycznymi. „Jest to bardzo trudne do osiągnięcia w tak małej skali dla robotów naziemnych”.
Pionier bioelektroniki, Rogers jest profesorem inżynierii materiałowej, inżynierii biomedycznej i neurologicznej im. Louisa Simpsona i Kimberly Querrey w Northwestern McCormick School of Engineering i Feinberg School of Medicine oraz dyrektorem Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB). Huang jest profesorem inżynierii mechanicznej oraz inżynierii lądowej i środowiskowej w firmie McCormick, a także kluczowym członkiem QSIB.
Krab mniejszy niż pchła nie jest zasilany skomplikowanym sprzętem, hydrauliką ani elektrycznością. Zamiast tego jego moc tkwi w elastycznej sprężystości jego ciała. Do skonstruowania robota naukowcy wykorzystali materiał stopowy z pamięcią kształtu, który po podgrzaniu przekształca się w „zapamiętany” kształt. W tym przypadku naukowcy wykorzystali zeskanowaną wiązkę laserową, aby szybko nagrzać robota w różnych docelowych miejscach na jego ciele. Cienka powłoka szkła po schłodzeniu elastycznie przywraca odpowiednią część struktury do jej zdeformowanego kształtu.
Gdy robot przechodzi z jednej fazy do drugiej — zdeformowany do zapamiętanego kształtu iz powrotem — tworzy lokomocję. Laser nie tylko zdalnie steruje robotem, aby go aktywować, ale także kierunek skanowania laserowego określa kierunek chodzenia robota. Na przykład skanowanie od lewej do prawej powoduje, że robot porusza się od prawej do lewej.
„Ponieważ te struktury są tak małe, tempo chłodzenia jest bardzo szybkie” – wyjaśnił Rogers. „W rzeczywistości zmniejszenie rozmiarów tych robotów pozwala im działać szybciej”.
Aby wyprodukować tak małe stworzonko, Rogers i Huang wykorzystali technikę, którą wprowadzili osiem lat temu — metodę składania wyskakującego okienka inspirowaną książeczką dla dzieci.
Najpierw zespół wyprodukował prekursory struktur chodzących krabów o płaskich, planarnych geometriach. Następnie połączyli te prekursory z lekko rozciągniętym gumowym podłożem. Kiedy rozciągnięty substrat jest rozluźniony, następuje kontrolowany proces wyboczenia, który powoduje, że krab „wyskakuje” w precyzyjnie określone trójwymiarowe formy.
Dzięki tej metodzie produkcji zespół Northwestern mógł opracować roboty o różnych kształtach i rozmiarach. Dlaczego więc krab peekytoe? Możemy za to podziękować uczniom Rogersa i Huanga.
„Dzięki tym technikom montażu i koncepcjom materiałów możemy budować chodzące roboty o niemal dowolnych rozmiarach i kształtach 3D” – powiedział Rogers. „Ale uczniowie czuli się zainspirowani i rozbawieni pełzającymi na boki ruchami maleńkich krabów. To był kreatywny kaprys”.
Wideo: https://youtu.be/1IP7jptXjgQ
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Północno-Zachodni. Oryginał napisany przez Amandę Morris. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.