Насекомые роботы: удивительные и перспективные проекты / Хабр |

Содержание

удивительные и перспективные проекты / Хабр

Несмотря на существование магнитных микроботов, ученые продолжают искать компромисс — простое и функциональное решение в конструировании крошечных роботов. Они могут быть полезны в медицине, разведке завалов и исследовании ареалов.

Под катом собрали перспективные проекты роботов-насекомых. Каких размеров и форм они бывают, как работают — рассказываем в подборке.

HAMR-F — робот-таракан

Миниатюризация приводит исследователей на стык электроники и «примитивных» механизмов. К первой группе относится последняя версия гарвардского робота-таракана HAMR-F, которая вышла в 2018 году.

HAMR-F. Источник

Цель была проста — сделать мобильного и небольшого робота для исследования труднодоступных мест.

Устройство HAMR-F

На борту установлены два микроконтроллера, приводы для управления клешнями и литий-полимерная батарея на 8 мАч. Полностью собранный робот весит 2,8 грамма, а его длина — 4,5 см. Относительно следующих проектов это много. HAMR-F не только самый габаритный, но и самый тяжелый среди «насекомых».

Возможности и перспективы

Зато робот опережает конкурентов в скорости: HAMR-F может пробежать 17,2 см за секунду. Это почти в 4 раза больше его длины.

Робот-муравей MicroTug

MicroTug. Источник

В 2015 году ученые из Стэнфорда создали робота, который может передвигать массу, превышающую его собственную в 2000 раз. Притом, что масса «муравья» составляет 12 г.

Демонстрация возможностей MicroTug

Устройство робота

Можно подумать, что брюшко робота прилегает вплотную к поверхности и создает вакуум, но это не совсем так.

На брюшке расположен механизм, который опускает клейкую основу до упора с поверхностью. Трос подтягивает груз и робот отцепляется от поверхности. Такие рывки робот продолжает делать, пока не доползет до пункта назначения. В остальном устройство робота напоминает HAMR-F.

Как и HAMR-F, робот может исследовать только наземные объекты. Но это не единственная «среда обитания» роботов-насекомых. Доказательство этому — проект RoboBee.

RoboBee — пчела-рыба

В 2013 году группа ученых из Гарвардского университета представила робота-пчелу.

Невооруженным взглядом робота сложно отличить от летающего полосатого насекомого. Хотя, кажется, робот больше напоминает стрекозу.

RoboBee. Источник

Его габариты соответствующие: длина — 3 см, масса — 80 мг. Даже звук от крыльев напоминает шелест крыльев стрекозы. Притом частота взмахов стрекозинных крыльев меньше, чем у RoboBee: 80 Гц против 120 Гц.

Взлет RoboBee

Устройство RoboBee

Системы управления RoboBee были разработаны с нуля. Крошечный робот использует пьезоэлектрические приводы, которые расширяются и сжимаются при воздействии электромагнитного поля. Пьезоэлектрический моторочик — одна из немногих миниатюрных альтернатив электромагнитных двигателей.

Корпус RoboBee выполнен из углеродистого волокна. Это придает роботу легкость и прочность. Крылья могут вращаться как синхронно, так и по отдельности.

Конструкция RoboBee. Источник

Конкретно у первой модели есть проблемы с питанием. По аналогии с роботом-оригами Mori, о котором мы писали в предыдущей статье, к роботу через медный кабель подключен внешний источник питания. Оттого полеты RoboBee могут напоминать игру с воздушным змеем.

Полеты под водой

В 2015 году разработчики доработали проект и заявили, что робот может перемещаться под водой. Но не все так однозначно: вторая версия RoboBee способна лишь на переход из воздушной среды в воду.

RoboBee переходит из воздуха в воду

Робот не может сделать обратный переход из воды в воздух. Это связано с тем, что плотность воды в 100 раз больше плотности воздуха. Когда робот помещается в воду, частота взмахов тут же снижается до 9-13 Гц. Набрать обороты заново проблематично.

Решения проблем

Третья версия

В 2017 году инженеры показали миру третью версию RoboBee, которая умеет выныривать из воды. Робот стал меньше по длине (2 см), но тяжелее в два раза (175 мг).

Результата удалось достичь с помощью новых элементов в конструкции, которые помогают роботу на каждом этапе выныривания:

Робот плывет к поверхности и собирает воду в воздушное отделение.

Электролитическая пластина преобразует воду в газ, который выталкивает робота из воды. Угловые поплавки помогают роботу стабилизироваться.

RoboBee вылетает из воды. Источник

Четвертая версия

Через два года разработчики выпустили последнюю на сегодняшний день версию RoboBee. Робот может летать без подключения ко внешним источникам питания.

RoboBee 4*. Источник

Инженеры добились компромисса между массой и мощностью. Они разместили на борту пчелы аккумулятор, электронику и солнечные батареи для подзарядки «на лету». Кроме того, была добавлена вторая пара крыльев. Это нужно для увеличения грузоподъемности робота. Новая версия весит около 259 мг.

Однако робот не приспособлен к работе в водной среде, как и третья версия не может работать автономно. Появится ли универсальная версия — открытый вопрос. Если получится, проект подойдет для разведки любых местностей и завалов.

Трехногий муравей DEAnsect

В некоторых задачах важно, чтобы робот мог выдержать, например, удар мухобойкой.

DEAnsect, удар мухобойкой

На это способен эластичный робот DEAnsect, разработанный в 2019 году учеными из политехнического университета Лозанны. Вернее, инженеры выпустили две модели DEAnsect, одна из которых — эластичная.

Модели проекта

Модель с батарейкой

Робот с аккумулятором, микросхемой и фотодиодами, благодаря которым он может двигаться по начерченному узору.

Движение DEAnsect по траектории. Источник

В автономном режиме DEAnsect 1* может работать до 14 минут. Длина робота составляет всего 40 мм, а масса — 190 мг.

Проводная, без платы и фотодиодов

DEAnsect 2* — более «живучая» модель, так как текстолитовое основание заменено на упругую диэлектрическую подложку. На робота можно даже наступить, и ему ничего не будет.

Устройство и движение

В основе устройства — искусственные мускулы из упругой диэлектрической мембраны (эластомера), которые заключены между парами гибких электродов.

Механизм движения ножки DEAnsect

При подаче напряжения на электроды проводники притягиваются и стягивают мембраны. В результате мускулы вытягиваются и подтягивают за собой три ножки. При снятии напряжения мембраны возвращаются в исходное состояние, подтягивая уже тело к ножкам.

Толщина каждой из ножек не превышает 18 мкм. Это тоньше крыла стрекозы. Шаги у них соответствующие — всего 20 мкм.

Ученым удалось достичь скорости до 3 см/c. Для этого каждая ножка должна делать по 450 шагов в секунду.

Движение ножки DEAnsect

Необычная гусеница — Electrostatic crawler

В 2017 году группа исследователей из США и Китая представила робота, способного передвигаться под действием постоянного напряжения.

Робот всего 20 мм в длину, а его масса — 190 мг. Конструктивно он состоит из легкого пластикового корпуса, оснований из углеродного волокна, электродов, лапок, керамического конденсатора и консольной балки (проволоки).

Электроды, конденсатор и проволока нужны в механизме автоколебаний, который «заставляет» гусеницу двигаться.

Возможно, эти тексты тоже вас заинтересуют:
→ Модульные роботы: проекты, за которыми стоит следить

→ Малые ядерные реакторы как один из путей решения энергетического кризиса: NuScale все ближе к цели

→ Ноутбуки с гибкими экранами: реальные устройства и концепты, которые предлагают разные компании

Автоколебания и движение

К одному основанию прикреплена никель-титановая (NiTi) консольная балка (проволока), у нее есть свободные электроны. Сама проволока находится между электродными пластинами, которые заряжаются от конденсатора емкостью 10 нФ. Постепенно на электроды подается напряжение (3кВ) и пластины разноименно заряжаются.

Электростатическое поле между анодом и катодом. Источник

Между электродными пластинами возникает напряжение и электрическое поле, которое «перемещает» проволоку со свободными электронами в сторону положительно заряженной пластины.

Коснувшись пластины, проволока «передает» на нее свободные электроны. Суммарный заряд проволоки становится положительным, а заряд пластины — «более нейтральным».

Теперь проволока двигается уже в сторону отрицательно заряженной пластины. При соприкосновении происходит то же самое. Стоит отметить, что конденсатор разряжается и компенсирует «похищенные» заряды на электродных пластинах.

Механизм автоколебаний микроконсоли подробно описан в отдельной статье.

В системе работает закон сохранения импульса. Когда проволока двигается, она изменяет суммарный импульс и отклоняет его от нуля.

Система стремится компенсировать отклонение, и робот начинает вращаться относительно задних ножек. Поворот происходит в стороны, противоположные направлениям движения проволоки. В результате гусеница движется по зигзагообразной траектории. Для наглядности покажем на схеме:

Робот может перемещаться со скоростью 2 мм/c в течение 10 секунд. Длительность жизненного цикла ограничивается лишь емкостью конденсатора. Если знаете менее массивные и более высокоемкие альтернативы керамического конденсатора — напишите в комментариях.

RoBeetle — жук на метаноле

Предыдущие проекты сильно зависели от электричества. Альтернативу предлагают изобретатели из Лаборатории автономных роботов Университета Южной Калифорнии, которые изобрели RoBeetle.

Это робот-жук, способный передвигаться более двух часов без внешних источников питания. Кроме того, робот получился небольшим, с массой 88 мг и длиной 15 мм.

RoBeetle. Источник

При чем здесь метанол

Долгосрочной автономности ученые добились с помощью жидкого топлива на метаноле, который питает искусственные мышцы из никель-титана. У сплава есть память формы. Мускулы растягиваются при нагреве и стягиваются при охлаждении. Также на поверхность мускул нанесен тонкий слой никеля.

На верхней стороне жука расположены отверстия, через которые испаряется метанол. Пары метанола при взаимодействии с нанесенным никелем приводят к окислению и нагреву никель-титановых проволок.

В результате мышца растягивается, вместе с ней движутся передние ноги RoBeetle. Одновременно с этим закрываются отверстия, через которые испаряется метанол. Проволока прекращает нагреваться и остывает, а мышца сокращается в обратную сторону и подтягивает за собой ноги с корпусом.

Движение робо-жука

Несмотря на то, что мышца нагревается за секунду до 100 ºС, она быстро охлаждается из-за небольших габаритов. Получается, чем быстрее нагрев и охлаждение мускулов, тем больше скорость передвижения RoBeetle.

Над чем стоит работать

Полный отказ от электроники — это преимущество и проклятие RoBeetle. Пока непонятно, как управлять роботом. Он умеет двигаться только вперед. Однако может нести на своих лапках груз массой 229 мг. Напомним, что сам робот весит 88 мг.

RoBeetle переносит груз. Источник

6 необычных роботов-насекомых — Техника на vc.ru

Роботы-насекомые крошечные, но при этом перспективные механизмы. Например, они могут быть полезны в медицине или в разведке труднодоступных мест. В тексте рассказываем о шести таких проектах и показываем необычных «букашек».

75 036
просмотров

HAMR-F — робот-таракан

В 2018 году гарвардские ученые разработали робота-таракана. Он должен был помочь людям в исследованиях труднодоступных мест.

HAMR-F. Источник

Цель исследователей была проста — сделать мобильного и небольшого робота для исследования труднодоступных мест. В осуществлении задумки помогла микроэлектроника: на борту «таракана» установлены два микроконтроллера, приводы для управления клешнями и батарейка на 8 мАч.

Полностью собранный робот весит 2,8 г, а его длина — 4,5 см.

HAMR-F не только самый габаритный среди роботов в подборке, но и самый тяжелый. При этом он может пробежать 17,2 см за секунду — это почти в 4 раза больше его длины!

Сильный как муравей — робот MicroTug

В 2015 году ученые из Стэнфорда создали робота-силача. Он смог передвинуть массу, превышающую его собственную в две тысячи раз. Это при том, что вес «муравья» составил всего 12 г.

MicroTug, демонстрация возможностей

Как работает?

На брюшке «муравья» расположен механизм, который опускает клейкую основу до упора с плоскостью. Трос подтягивает груз и робот отцепляется от поверхности. Такие рывки MicroTug продолжает делать, пока не доползет до пункта назначения.

Как и HAMR-F, робот может исследовать только наземные объекты. Но это не единственная «среда обитания» роботов-насекомых. Доказательство этому — RoboBee.

RoboBee — пчела-рыба

Выше мы уже писали про HAMR-F — наземного робота прямиком из Гарварда. Оказалось, ученые университета разработали также вариант для воздуха и воды — робота-пчелу RoboBee. У проекта есть несколько версий. Подробнее о каждой из них — в этом разделе.

Первая версия

Вышла в 2013 году. И хоть исследователи назвали робота пчелой, внешне он, кажется, больше похож на стрекозу.

Его габариты соответствующие: длина — 3 см, масса — 80 мг. Миниатюрности инженеры достигли благодаря хитрым пьезоэлектрическим моторчикам и прочному, легкому материалу из углеродистого волокна.

Даже звук полета RoboBee напоминает шелест крыльев стрекозы. Хотя их частота меньше, чем у робота: 80 Гц против 120 Гц.

Первая модель RoboBee не работала автономно: требовалось подключение к внешнему источнику питания через протянутый провод. Оттого полеты робота могут напоминать игру с воздушным змеем.

Вторая версия

Через два года разработчики доработали проект и заявили, что робот может перемещаться под водой. Но не все так однозначно: вторая версия RoboBee способна лишь на переход из воздушной среды в воду.

RoboBee переходит из воздуха в воду

При погружении в воду частота взмахов падает настолько, что робот не может сделать обратный переход из воды в воздух.

Решения проблем

В 2017 году инженеры показали миру третью версию RoboBee, которая умеет выныривать из воды. Этого удалось достичь с помощью новых элементов в конструкции — они помогают роботу на каждом этапе выныривания.

Робот плывет к поверхности и собирает воду в воздушное отделение.
Электролитическая пластина преобразует воду в газ, который выталкивает робота из воды. Угловые поплавки помогают роботу стабилизироваться.

RoboBee 3* вылетает из воды. Источник

Четвертая версия

Через два года разработчики выпустили последнюю версию RoboBee, которая может летать без подключения к внешним источникам питания.

RoboBee 4*. Источник

Исследователи добились компромисса между массой и мощностью: добавили электронику, дополнительную пару крыльев, аккумулятор и солнечные батареи.

Однако робот не приспособлен к работе в водной среде — как и третья версия он не может работать автономно. Появится ли универсальная версия — открытый вопрос. Если получится, проект подойдет для разведки любых местностей и завалов.

Трехногий муравей DEAnsect

В 2019 году ученые из политехнического университета Лозанны выпустили две версии робота-муравья DEAnsect. Первый — автономный и умный (может двигаться по прочерченному пути), а второй — эластичный и ударостойкий.

Автономная модель может работать без подзарядки до 14 минут. Зато более «живучая» версия не боится удара мухобойкой.

DEAnsect, удар мухобойкой

Устройство и движение

В основе устройства — искусственные мускулы из упругой диэлектрической мембраны, которые заключены между парами гибких электродов.

Механизм движения ножки DEAnsect

Ножки тоньше крыльев стрекозы и двигаются со скоростью до 3 см/с.

Движение ножки DEAnsect

Необычная гусеница — Electrostatic crawler

В 2017 году группа исследователей из США и Китая представила робота, который состоит всего из четырех компонентов: легкого корпуса, пары электродов, конденсатора и проволоки.

Несмотря на свои небольшие габариты (20 мм в длину, масса — 90 мг), Electrostatic Crawler автономен. Без внешнего источника питания робот может перемещаться со скоростью 2 мм/c в течение 10 секунд. Длительность жизненного цикла ограничивается лишь емкостью конденсатора, который выступает в роли аккумулятора.

Как это работает?

Движение вызвано вибрацией конструкции из-за колебаний проволоки между электродами, на которые постепенно подается напряжение с конденсатора емкость 10 нФ.

В результате робот двигается вперед по зигзагообразной траектории. Для наглядности покажем на схеме:

RoBeetle — жук на метаноле

Предыдущие проекты сильно зависели от электричества. Альтернативу предлагают изобретатели из Лаборатории автономных роботов Университета Южной Калифорнии — они изобрели RoBeetle. Это робот-жук, способный передвигаться более двух часов без внешних источников питания. Масса робота 88 мг, длина 15 мм.

RoBeetle. Источник

При чем здесь метанол

Движение RoBeetle

Над чем стоит работать

RoBeetle переносит груз. Источник

Какой робот вам понравился больше? Напишите аргументы в пользу своего любимчика в комментариях и подписывайтесь на блог Selectel.

Читайте также:

роботов-светляков взлетают | Новости Массачусетского технологического института

Светлячки, освещающие темные дворы теплыми летними вечерами, используют свое свечение для общения — чтобы привлечь самку, отогнать хищников или заманить добычу.

Эти мерцающие жуки также вдохновили ученых Массачусетского технологического института. Следуя примеру природы, они создали электролюминесцентные мягкие искусственные мышцы для летающих роботов размером с насекомое. Крошечные искусственные мышцы, управляющие крыльями роботов, во время полета излучают цветной свет.

Эта электролюминесценция может позволить роботам общаться друг с другом. Например, если робот, который находит выживших, отправляется на поисково-спасательную операцию в разрушенное здание, он может использовать свет, чтобы сигнализировать другим и звать на помощь.

Способность излучать свет также приближает этих микророботов, которые весят чуть больше скрепки, на один шаг ближе к самостоятельным полетам за пределами лаборатории. Эти роботы настолько легкие, что не могут нести датчики, поэтому исследователи должны отслеживать их с помощью громоздких инфракрасных камер, которые плохо работают на открытом воздухе. Теперь они показали, что могут точно отслеживать роботов, используя свет, который они излучают, и всего три камеры смартфона.

«Если вы думаете о крупномасштабных роботах, они могут общаться, используя множество различных инструментов — Bluetooth, беспроводную связь и тому подобное. Но для крошечного робота с ограниченной мощностью мы вынуждены думать о новых способах общения. Это важный шаг к полетам этих роботов на открытом воздухе, где у нас нет хорошо настроенной, современной системы отслеживания движения», — говорит Кевин Чен, ассистент Д. Рейда Уидона-младшего. Профессор кафедры электротехники и компьютерных наук (EECS), заведующий лабораторией мягкой и микроробототехники Научно-исследовательской лаборатории электроники (НИЭ) и старший автор статьи.

Он и его сотрудники добились этого, внедрив крошечные электролюминесцентные частицы в искусственные мышцы. Этот процесс увеличивает вес всего на 2,5 процента, не влияя на летные характеристики робота.

Вместе с Ченом в статье участвуют аспиранты EECS Сухан Ким, ведущий автор, и Йи-Сюань Сяо; Ю Фан Чен СМ ’14, доктор философии ’17; и Цзе Мао, адъюнкт-профессор Университета Нинся. Исследование было опубликовано в этом месяце в IEEE Robotics and Automation Letters.

Световой привод

Эти исследователи ранее продемонстрировали новую технологию изготовления мягких приводов или искусственных мышц, которые взмахивают крыльями робота. Эти прочные приводы изготавливаются путем чередования ультратонких слоев эластомера и электрода из углеродных нанотрубок в пакете, а затем скатывания его в мягкий цилиндр. Когда к этому цилиндру прикладывается напряжение, электроды сжимают эластомер, и механическое напряжение взмахивает крылом.

Чтобы изготовить светящийся привод, команда включила в эластомер электролюминесцентные частицы сульфата цинка, но на этом пути пришлось преодолеть несколько проблем.

Сначала исследователи должны были создать электрод, который не блокировал бы свет. Они построили его, используя очень прозрачные углеродные нанотрубки, толщина которых составляет всего несколько нанометров и которые пропускают свет.

Однако частицы цинка загораются только в присутствии очень сильного и высокочастотного электрического поля. Это электрическое поле возбуждает электроны в частицах цинка, которые затем испускают субатомные частицы света, известные как фотоны. Исследователи используют высокое напряжение для создания сильного электрического поля в мягком приводе, а затем приводят робота в действие на высокой частоте, что позволяет частицам ярко светиться.

«Традиционно электролюминесцентные материалы очень затратны с точки зрения энергии, но в некотором смысле мы получаем эту электролюминесценцию бесплатно, потому что мы просто используем электрическое поле на частоте, необходимой для полета. Нам не нужны новые приводы, новые провода или что-то еще. Чтобы излучать свет, требуется всего на 3 процента больше энергии», — говорит Кевин Чен.

Создавая прототип привода, они обнаружили, что добавление частиц цинка снижает его качество, из-за чего он легче ломается. Чтобы обойти это, Ким добавила частицы цинка только в верхний слой эластомера. Он сделал этот слой на несколько микрометров толще, чтобы компенсировать любое снижение выходной мощности.

Хотя привод стал на 2,5% тяжелее, он излучал свет, не влияя на летные характеристики.

«Мы уделяем большое внимание поддержанию качества эластомерных слоев между электродами. Добавление этих частиц было почти похоже на добавление пыли в наш эластомерный слой. Потребовалось много разных подходов и много испытаний, но мы нашли способ гарантировать качество актуатора», — говорит Ким.

Регулировка химического состава частиц цинка изменяет цвет света. Исследователи создали зеленые, оранжевые и синие частицы для созданных ими исполнительных механизмов; каждый привод светится одним сплошным цветом.

Они также изменили процесс изготовления, чтобы приводы могли излучать разноцветный и узорчатый свет. Исследователи поместили крошечную маску поверх верхнего слоя, добавили частицы цинка, а затем вылечили привод. Они повторили этот процесс трижды с разными масками и цветными частицами, чтобы создать световой узор, обозначающий М-И-Т.

Вслед за светлячками

После точной настройки процесса изготовления они проверили механические свойства приводов и использовали люминесцентный измеритель для измерения интенсивности света.

После этого они провели летные испытания с использованием специально разработанной системы отслеживания движения. Каждый электролюминесцентный привод служил активным маркером, который можно было отслеживать с помощью камер iPhone. Камеры определяют каждый цвет света, а разработанная ими компьютерная программа отслеживает положение и отношение роботов с точностью до 2 миллиметров от современных инфракрасных систем захвата движения.

«Мы очень гордимся тем, насколько хороши результаты отслеживания по сравнению с современным оборудованием. Мы использовали дешевое оборудование по сравнению с десятками тысяч долларов, которые стоят эти большие системы отслеживания движения, и результаты отслеживания были очень близкими», — говорит Кевин Чен.

В будущем они планируют усовершенствовать эту систему отслеживания движения, чтобы она могла отслеживать роботов в режиме реального времени. Команда работает над внедрением управляющих сигналов, чтобы роботы могли включать и выключать свет во время полета и общаться как настоящие светлячки. Они также изучают, как электролюминесценция может даже улучшить некоторые свойства этих мягких искусственных мышц, говорит Кевин Чен.

«Эта работа действительно интересна, потому что она минимизирует накладные расходы (вес и мощность) для генерации света без ущерба для летных характеристик», — говорит Каушик Джаярам, доцент кафедры машиностроения Университета Колорадо в Боулдере, который не был связанных с этим исследованием. «Генерация вспышки, синхронизированная с движением крыльев, продемонстрированная в этой работе, упростит отслеживание движения и управление полетом нескольких микророботов в условиях низкой освещенности как в помещении, так и на открытом воздухе».

«Хотя производство света, воспоминания о биологических светлячках и потенциальное использование коммуникации, представленные в этой работе, чрезвычайно интересны, я считаю, что истинный импульс заключается в том, что эта последняя разработка может оказаться важной вехой на пути к демонстрации этих роботы вне контролируемых лабораторных условий», — добавляет Пакпонг Чирараттананон, доцент кафедры биомедицинской инженерии Городского университета Гонконга, который также не участвовал в этой работе. «Приводы с подсветкой потенциально действуют как активные маркеры для внешних камер, обеспечивая обратную связь в реальном времени для стабилизации полета, чтобы заменить текущую систему захвата движения. Электролюминесценция позволит использовать менее сложное оборудование и отслеживать роботов на расстоянии, возможно, с помощью другого более крупного мобильного робота для развертывания в реальных условиях. Это было бы значительным прорывом. Я был бы очень рад увидеть, что авторы добьются дальше».

Работа выполнена при поддержке Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института.

Робот размером с насекомое, который может летать, ходить и дрейфовать на поверхности воды

Ингрид Фаделли, Science X Network, Tech Xplore

RoboFly, робот размером с насекомое, созданный исследователями. Предоставлено: Chukewad et al.

Роботы размером с насекомое могут иметь множество полезных применений, например, помощь в поисково-спасательных операциях (SAR), упрощение осмотра инфраструктуры и ускорение сельскохозяйственных процессов. Несмотря на преимущества, связанные с их размером, этих роботов может быть очень сложно построить, поскольку их изготовление включает в себя сборку нескольких крошечных компонентов.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи из Вашингтонского университета недавно создали RoboFly, робота с машущими крыльями массой 74 мг, который может двигаться в воздухе, на земле и на поверхности воды. Новый робот, представленный в статье, предварительно опубликованной на arXiv, был построен с использованием меньшего количества компонентов, чем те, которые обычно используются для создания роботов размером с насекомое, что значительно упрощает его изготовление.

«RoboFly — это микроробот с машущими крыльями, вдохновленный летающими насекомыми», — сказал TechXplore Йогеш Чукевад, один из исследователей, проводивших исследование. «Эти насекомые могут летать, ходить, а некоторые из них также могут скользить по поверхности воды. Целью нашего исследования было разработать робота, который имитирует своего биологического аналога, выполняя мультимодальные движения, в том числе воздушные, наземные и водные. поверхностное движение».

Крошечный робот, созданный Чукевадом и его коллегами, является адаптацией RoboBee, прототипа летающего микроробота, который Сойер Фуллер, старший автор и главный исследователь исследования, помогал разрабатывать в Гарвардском университете, прежде чем он начал работать в Университете США. Вашингтон. Ключевым улучшением RoboFly является то, что в нем меньше компонентов, поскольку исследователи обнаружили, что сборка слишком большого количества деталей делает его изготовление чрезмерно сложным.

«Способ проектирования RoboBee усложнил его сборку, — объяснил Чукевад. «В настоящее время большинство роботов размером с насекомое изготавливаются под микроскопом и тщательно собираются вручную, поскольку они состоят из множества отдельных микроскопических частей. Если вы случайно уроните деталь размером с кунжутное семя в переполненной лаборатории, вы никогда не увидеть его снова!»

Чтобы упростить изготовление RoboFly, исследователи создали новую конструкцию, в которой шасси робота состоит из одного сложенного листа ламината. Таким образом, можно построить робота, не собирая множество микроскопических деталей. Шасси также ниже и, следовательно, ближе к земле, что позволяет использовать три различных типа передвижения.

«RoboFly использует свои два машущих крыла, приводимых в движение пьезоэлектрическими приводами, чтобы летать и парить, как это делают некоторые насекомые», — сказал Чукевад. «Он также может двигаться и управлять по земле, используя тот же набор машущих крыльев. Из-за своего легкого веса, если его модифицировать с помощью набора из трех похожих на ноги придатков, он может приземляться на водную поверхность. После приземления Затем робот может двигаться и управлять по воде, используя тот же принцип, что и для движения по земле».

Тот факт, что он может летать, ходить и дрейфовать по воде, делает RoboFly уникальным, выделяя его среди других роботов размером с насекомое. Робот может быть намного эффективнее существующих в избегании препятствий, поскольку он может просто переключаться на другой режим передвижения (например, летать или двигаться по воде, если обнаруживает препятствия на земле).

В случае коммерциализации RoboFly может иметь несколько потенциальных применений, например, помощь людям в обнаружении утечек газа или помощь добровольцам в поисково-спасательных миссиях. Его также можно использовать в больших количествах на поверхности воды для поиска загрязняющих веществ или утечек потенциально опасных жидкостей (например, топлива в результате авиакатастрофы).

«Теперь, когда мы установили, что RoboFly может выполнять мультимодальное передвижение, нашей следующей целью будет использование его в качестве инструмента для лучшего понимания поведения его биологических аналогов», — сказал Чукевад.

Дополнительная информация:
RoboFly: робот размером с насекомое упрощенной конструкции, способный летать, передвигаться по земле и воде. arXiv: 2001.02320 [cs.RO]. arxiv.org/abs/2001.02320

wyss.harvard.edu/technology/ro … -летающие микророботы/

Предоставлено
Сеть науки X

Цитата :
RoboFly: робот размером с насекомое, который может летать, ходить и дрейфовать на поверхности воды (2020, 29 января)
получено 9 ноября 2022 г.