Содержание
Созданы самые маленькие шагающие роботы с дистанционным управлением
26 мая 2022
15:05
Ольга Мурая
Эти шагающие роботы меньше блох.
Фото Northwestern University.
Микроробот, стоящий на ребре монеты.
Фото Northwestern University.
Размер этих роботов всего полмиллиметра. У них восемь ног и две клешни, которые нужны им… просто потому, что это забавно смотрится.
Исследователи из Северо-Западного университета в Иллинойсе создали самого маленького в мире шагающего робота с дистанционным управлением.
По форме он очень сильно похож на миниатюрного краба.
Его ширина составляет всего полмиллиметра. Крохотная машина может сгибаться, крутиться, ползать, ходить, поворачиваться и прыгать без помощи гидравлики или электричества.
Микророботы сделаны из сплавов с эффектом памяти формы. При нагреве конструкция, созданная с использованием этих сплавов, возвращается к своей первоначальной форме (разгибается). После охлаждения тонкое стеклянное покрытие заставляет её вновь сгибаться.
Таким образом ноги краба, разгибаясь и сгибаясь, заставляют его шагать.
В ходе экспериментов учёные применяли сканирующий лазер, который проходил над крабами, нагревая сплав. Тепло рассеивается в миниатюрных конструкциях очень быстро. Поэтому даже при частоте до 10 температурных циклов в секунду «краб» умудряется не сбиться с ног.
Направление движения краба определяет направление сканирующего лазера — к примеру, если лазер движется вправо, и «крабы» идут вправо.
Исследователи опробовали несколько разных геометрических конструкций, в том числе треножники для ходьбы по воде, которые можно заставить вращаться, если вращается сканирующий лазер, спиралевидные структуры, способные совершать небольшие прыжки, и другие фигуры, которые могут скручиваться и выполнять другие движения.
Изначально роботы изготавливаются в виде плоских конструкций — к этому состоянию они возвращаются при нагреве. Затем плоские конструкции приклеиваются к растянутой гибкой основе.
Затем основе дают вернуться к её первоначальной форме, что приводит к сгибанию конструкции. Это придаёт роботу трёхмерную «холодную» форму. Чтобы удержать его в ней, разработчики следом наносят стеклянное покрытие.
В будущем подобных микророботов можно будет использовать в ремонте или сборке небольших устройств или как помощников хирурга: они могут очищать артерии от тромбов, останавливать внутренние кровотечения или даже удалять раковые опухоли.
Микроробот, стоящий на ребре монеты.
Фото Northwestern University.
Конечно, чтобы использовать их внутри человека, исследователям ещё надо придумать, как безопасно нагреть лазером области, в которых роботы должны действовать. Поэтому такое применение для них пока выглядит сомнительно.
При этом инженеры могут создавать шагающих роботов практически любых размеров и трёхмерных форм.
Форма «краба» просто показалась студентам забавной, так же как и зрелище ползающих туда-сюда «крабиков». Особой научной ценности у такой конструкции, соответственно, нет.
Что касается размеров, то более миниатюрные «крабы» бегают быстрее более крупных «сородичей».
Исследование было опубликовано в издании Science Robotics.
К слову, недавно мы писали о российских мягких роботах, удаляющих тромбы. Они управляются магнитным полем, а не теплом, что делает их безопасными для медицинского применения.
Также мы рассказывали о самых маленьких роботах, которые могут прыгать и летать, а ещё о первом роботе с мягкими мышцами, который совершил управляемый полёт.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. «Смотрим» – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.
технологии
наука
лазер
краб
микророботы
новости
робототехника
Ранее по теме
На робопальце вырастили кожу человека, способную к заживлению
Активизировались испытания лазерного оружия в Израиле и США
Роскосмос показал человекоподобного робота-аватара
Улицы Москвы начнет патрулировать робособака
Робот-гуманоид с реактивным ранцем поможет спастись при стихийном бедствии
Первого российского робота-собаку создали инженеры из МГУ
Самые маленькие роботы в мире
Микророботы, или, как их еще называют, «микроботы», стали популярны относительно недавно — в 90-е годы XX века.
Тогда появились микроконтроллеры — специальные микросхемы, обеспечивающие работу электронных устройств. Микророботы удобны тем, что они могут просачиваться в места, куда не способны попасть человек и обычные роботы. К примеру, в завалы обрушенных зданий или тыл врага.
Разработчики стараются сделать свои изобретения как можно более компактными. Самые маленькие роботы могут достигать 15 сантиметров. Между тем, умеют они многое. Подчас даже больше, чем их обычные и часто многофункциональные “коллеги”.
Контролировать температуру окружающей среды
Самый маленький робот в мире – это Микро. Он настолько мал, что может поместиться даже на монетке. Робот придуман учеными из Нью-Мексико. Его высота составляет всего сантиметр. Микробот может поворачиваться вокруг своей оси. Общие габариты модели – пять сантиметров в кубе. Робот движется на гусеницах. Энергию он получает от батареек наручных часов. Робот Микро достаточно медленный.
За одну минуту он проходит всего 50 см. Это скорость улитки. Зато микробот наделен восемью килобайтами памяти и температурным сенсором. Эти датчики позволяют роботу определять температуру внешней среды.
Заниматься разведкой и исследованиями
Другой робот – это четвероногий микробот, изобретенный профессором университета Мэриленд Сарой Бергбрейтер. Это один из самых легких роботов в мире. Его вес не превышает 1,6 грамма. Робот работает за счет неодимовых магнитов, начинающих вращаться под воздействием внешнего магнитного поля. Каждый магнит имеет свою собственную ориентацию в пространстве. За счет этого можно добиться одновременного и раздельного управления движением каждой ноги робота. Интересен также тот факт, что этот робот был напечатан на 3D-принтере. Простота производства позволяет создать большое число таких роботов. Пока такие роботы создаются в экспериментальных целях. Их планируют использовать для проникновения в труднодоступные места – для военной разведки и научных исследований.
Интерес представляет и самый маленький в мире робот-гуманоид, разработанный тайваньской компанией GeStream Technology. Модель управляется с помощью инфракрасных сигналов. Высота робота всего 15 см. Робот умеет совершать до 65 536 разных движений. Работает от батареи.
Поднять кита
Еще одну разработку подготовили инженеры из Стэнфордского университета. Они придумали миниатюрных роботов-тягачей. Микроботы могут поднимать грузы в 100 раз тяжелее их собственного веса. Самый сильный из них весит 12 грамм и может передвигать предметы весом в 2000 раз тяжелее его самого. Это как если бы человек тащил за собой целого кита.
Управлять тараканами
Разработчики из Франции, Бельгии и Швейцарии создали 30-миллиметрового робота-таракана, перемещающегося с помощью колес. Робот-таракан способен обмануть живых тараканов, выдав себя за одного из этих насекомых. Тараканы ориентируются на скорость движения особей и их запах.
Ученым удалось сымитировать все это и роботы-тараканы не просто смогли втереться в доверие к насекомым, но и начать управлять их коллективным поведением.
Наблюдать за ростом растений и животных
Ну и, наконец, разработка гарвардских ученых – робот-муха. Этот миниробот весит всего 80 грамм и делает до 120 взмахов в секунду. Таким образом, робот имитирует движение настоящей мухи. Робот имеет два независимых друг от друга крыла. которые делают его крайне маневренным. Робота-муху можно использовать при решении ряда задач – от разведки труднодоступных мест до работы в местах ЧП. Кроме того, робот может вести наблюдения за ростом и развитием растений и животных.
Микророботы открывают перед миром роботехники новые горизонты. В будущем эти роботы, создающиеся в промышленном масштабе с помощью 3D-принтеров, смогут совершать слаженные действия. Они смогут реорганизовываться и вместе работать над выполнением определенной задачи. Армии микроботов уже завтра начнут решать такие задачи, о которых человечество раньше не могло даже помыслить.
Автор: Александр Столяров
Эти «микрощетинковые» роботы настолько малы, что могут работать внутри человеческого тела.
Технология
Когда-нибудь стаи крошечных ботов можно будет использовать для диагностики и лечения болезней.
Роботы с микрощетиной питаются от звуковых волн, которые заставляют их крошечные ноги быстро двигаться вперед и назад.
Жаклин Джеффри-Виленски
Иногда большие новости в науке очень малы, и исследователи в Джорджии создали новую породу роботов, настолько крошечных, что они почти невидимы невооруженным глазом. Имея длину всего 2 миллиметра (0,08 дюйма), так называемые роботы с микрощетиной представляют собой часть размера рисового зерна.
На данном этапе своего развития напечатанные на 3D-принтере роботы не на что смотреть — представьте себе коробчатых механических блох — и они могут лишь передвигаться на своих крошечных ножках.
Но исследователи возлагают большие надежды на крошечных ботов, которые описаны в статье, принятой к публикации в Журнале микромеханики и микроинженерии.
Однажды рои маленьких ботов, оснащенных механическими руками и крошечными датчиками, придающими им подобие интеллекта, могут быть отправлены в стесненные или опасные условия, недоступные для людей и более крупных роботов, для проверки промышленных процессов или разведки. из опасностей.
Даже меньшие версии ботов могут быть отправлены внутрь человеческого тела, ползая и даже плавая в наших внутренностях, чтобы искать признаки болезни или травмы и, возможно, даже доставлять лекарства, брать образцы тканей или производить ограниченный ремонт тела.
Щетинные роботы, или виброты, такого размера слишком малы, чтобы нести батареи. Но ни батареи, ни другие источники питания, иногда используемые для питания небольших машин, не требуются.
Эти боты питаются от звуковых или ультразвуковых волн — акустических колебаний, направленных на них от внешнего источника.
Вибрации заставляют ноги ботов быстро двигаться вперед и назад, достаточно быстро, чтобы они могли перемещаться в четыре раза больше своей собственной длины в секунду. Вибрации также заставляют так называемый пьезоэлектрический привод на борту ботов создавать крошечное электрическое напряжение для питания датчиков.
«Нам не нужен лазер, нам не нужен магнит, нам просто нужен источник звука или ультразвука», — сказал Азаде Ансари, инженер-электрик из Технологического института Джорджии в Атланте и руководитель группы. исследователей, разработавших роботов. По ее словам, команда черпала вдохновение в Hexbugs, маленьких роботизированных игрушках, чьи вибрирующие придатки позволяют им бегать по поверхности.
Изменяя частоту и громкость звуковых волн, исследователи могут изменять движения роботов и изменять их скорость. «Прямо сейчас они в основном просто двигаются», — сказал Ансари.
Но она предвидит день, возможно, через десять лет, когда точно управляемые микроботы найдут применение в различных промышленных и экологических условиях.
Биомедицинские приложения могут занять еще десятилетие, сказала она, добавив, что крошечные медицинские роботы могут быть проглочены, введены инъекции или даже введены ректально в качестве менее инвазивной альтернативы колоноскопии.
Это не первый случай, когда машины размером с пинту разрабатываются для медицинского применения.
В 2018 году исследователи из Китайского национального центра нанонауки и технологий и Университета штата Аризона создали нанороботов для борьбы с раком, предназначенных для проникновения в тело пациента и нацеливания на опухолевые клетки. А швейцарские исследователи в начале этого года попали в заголовки газет, когда объявили, что разработали изменяющего форму микроробота, предназначенного для плавания по кровеносным сосудам и доставки лекарств.
Саймон Гарнье, доцент биомедицинских наук в Технологическом институте Нью-Джерси в Ньюарке, похвалил роботов с микрощетиной за их простую конструкцию и уникальный механизм управления.
«Я рад видеть, куда эти боты собираются пойти», — сказал он. «Что я хотел бы увидеть, так это следующий шаг, когда они будут работать друг с другом. После этого появится много очень интересных возможностей».
Гарнье сказал, что одной из проблем может быть обеспечение совместной работы крошечных ботов. «Если все они будут следовать правильному набору правил, все будет хорошо», — сказал он. «Если вы не установите надлежащие правила, все может пойти совершенно не так, и вы ничего не сделаете или получите противоположное тому, чего вы пытаетесь достичь».
Ансари сказала, что ее команда работает именно над этим, добавив, что следующим шагом будет обеспечение управляемости ботов. «Когда у вас есть полностью управляемый микроробот, вы можете делать много интересных вещей».
- Солнечные фермы в космосе могут стать следующим рубежом возобновляемой энергии
- Биометрическое сканирование в аэропортах быстро распространяется, но некоторые опасаются, что системы сканирования лиц
- Технология прогнозирования настроения может помочь остановить плохое настроение еще до того, как оно наступит
Следите за новостями NBC MACH в Twitter, Facebook и Instagram.
Жаклин Джеффри-Виленски
Жаклин Джеффри-Виленски — писательница из Нью-Йорка, освещающая вопросы науки, техники и окружающей среды для NBC News.
Пять самых маленьких роботов в мире
Позвольте мне отправить вас в путешествие по моей памяти. В юности мое воображение захватил фильм «Фантастическое путешествие» 1966 года о людях, уменьшенных до микроскопических размеров и отправленных в тело раненого ученого, чтобы восстановить его мозг. Идея зацепила меня. Я предполагал, что однажды наука сможет создать своего рода миниатюрную машину, которая будет выполнять медицинские процедуры изнутри.
Перенесемся на несколько десятилетий вперед в 21-й век, когда я начал свою карьеру исследователя робототехники, черпая вдохновение из нейронауки для создания систем искусственного восприятия. Я думал о роботах как о машинах размером от домашнего животного до больших устройств, предназначенных для выполнения тяжелой работы. Однако вскоре я начал слышать первые намеки на исследования миниатюрных роботов, играющих именно ту роль, которую разыгрывали миниатюрные ученые в «Фантастическом путешествии».
Означало ли это, что то, что я представлял в детстве, вот-вот сбудется?
Недавно группа исследователей из Стэнфордского университета в Калифорнии достигла первого рубежа в разработке оригами-роботов шириной 7,8 мм: экспериментального прототипа. Они назвали его миллироботом. Робот использует складывание/раскладывание оригами Креслинга, чтобы катиться, переворачиваться и вращаться. Эти роботы управляются по беспроводной сети, используя магнитные поля, чтобы перемещаться в узких местах и изменять свою форму для медицинских задач, таких как диагностика заболеваний, доставка лекарств и даже хирургия. Они являются частью новой тенденции в так называемых исследованиях «крошечных роботов».
Спектр технологий и применений крошечных роботов широк: от дронов до таблеток, от наблюдения и спасения до биомедицины.
Вот пять выдающихся примеров крошечных роботов:
1. Дроны-шпионы «Черный шершень»
Разработаны и выпущены на рынок американским технологическим конгломератом Teledyne для скрытого информирования пехотинцев о потенциальных угрозах.
Он достаточно мал, чтобы поместиться на ладони взрослого человека, и почти бесшумен. Он имеет время автономной работы до 25 минут и радиус действия до 2 км. Эти дроны передают оператору живое видео и изображения высокой четкости. Они стоят 200 000 долларов (165 000 фунтов стерлингов).
2. RoboBee
Робот, вдохновленный биологией пчелы. Он размером с пенни и потенциально может использоваться в будущем для опыления сельскохозяйственных культур, поисково-спасательных операций и наблюдения, а также для мониторинга погоды и климата. Модель робота питается и управляется небольшим электрическим тросом.
3. RoboFly
Очень похож на RoboBee (на самом деле в команду разработчиков из Вашингтонского университета входит один из первых исследователей RoboBee). Он немного тяжелее зубочистки, размером с настоящую муху и приводится в действие лазерным лучом, который нужно направить на ее тело. Создатели Robofly надеются, что со временем он сможет обнаруживать утечки газа и собирать энергию из радиочастотных сигналов или использовать в качестве источника питания небольшую батарейку.
RoboFly питается от лазера.
MarkStone/Вашингтонский университет
4. Микрогребешки
Специализированные гребешки размером в доли миллиметра. Это прототипы, предназначенные для перемещения внутри кровотока или вокруг глаза. Они предназначены для использования в медицинских целях в будущем, питаясь от внешнего магнитного поля, подобно миллироботам.
5. Роботизированная таблетка Rani Therapeutics
Фиолетовая капсула, которую можно проглотить и которая проходит через желудок и кишечник для введения лекарств, таких как инсулин, в стенку кишечника, где нет острых болевых рецепторов.
Рани Терапьютикс РаниПилл.
Кажется, что все эти системы имеют одни и те же проблемы. Их трудно привести к власти. До сих пор нет аккумуляторной технологии, достаточно маленькой для хранения энергии на этих роботах. Это означает, что либо эти роботы демонстрируют короткий срок службы, либо им нужна привязь или какая-то беспроводная энергия, направленная на них.