211service.com
Robotvlooien komen in actie
Er is een autonome robotvlo ontwikkeld die in staat is om bijna 30 keer zijn hoogte te springen, dankzij wat misschien wel 's werelds kleinste rubberen band is.
deining: Kleine motoren van micro-elektromechanische systemen (MEMS) rekken een minuscuul elastiekje van negen micron dik en twee millimeter lang, zodat een microbot zichzelf als een vlo door de lucht kan katapulteren.
Zwermen van dergelijke robots kunnen uiteindelijk worden gebruikt om netwerken van gedistribueerde sensoren te creëren voor het detecteren van chemicaliën of voor militaire bewakingsdoeleinden, zegt Sarah Bergbreiter , een elektrotechnisch ingenieur aan de University of California, Berkeley, die de robots heeft ontwikkeld.
Het idee is dat het uitrekken van een siliconenrubberen band van slechts negen micron dik deze microrobotische apparaten in staat kan stellen te bewegen door zichzelf in de lucht te katapulteren. Vroege tests tonen aan dat de bots op zonne-energie genoeg energie kunnen opslaan om een robot van 7 millimeter 200 millimeter hoog te laten springen.
Deze vlo-achtige ballistische sprong zou deze sensoren in staat stellen om mobiel te zijn, relatief grote afstanden af te leggen en obstakels te overwinnen die normaal een groot probleem zouden zijn voor micrometer-sized bots, zegt Bergbreiter.
Dergelijke sensoren kunnen vanuit een vliegtuig worden verspreid, maar landen mogelijk niet in de meest ideale posities, dus door ze mobiel te maken, kunnen ze worden verplaatst, zij het enigszins lukraak. Gedistribueerde sensoren geven je over het algemeen het grote geheel, zegt Bergbreiter. Dit komt omdat ze een meer gedetailleerde resolutie over een groter gebied kunnen bieden in vergelijking met meer traditionele, niet-gedistribueerde benaderingen van detectie.
Met miniatuurrobots is huppelen een goede optie als je over oneffen terrein probeert te bewegen, zegt Metin Sitti , een assistent-professor aan het nanorobotica-lab van het Robotics Institute aan de Carnegie Mellon University, in Pittsburgh. Bij die omvang is het kritieke probleem stroom, dus het is een goede keuze om energie op te slaan, zegt hij.
De indrukwekkende springvaardigheden van insecten zoals vlooien komen voort uit hun vermogen om energie op te slaan in een elastomeer eiwit dat resiline wordt genoemd. Hierdoor kunnen ze een grote hoeveelheid energie opslaan en deze dan heel plotseling als beweging vrijgeven. Maar terwijl insecten de energie opslaan door een elastomeer samen te drukken, koos Bergbreiter voor een systeem dat er een uitrekt.
Werken met Kris Pister als onderdeel van Berkeley Smart Dust-project , dat was opgezet om gedistribueerde sensornetwerken te bouwen die over lange afstanden kunnen communiceren met behulp van mesh-netwerken, wilde Bergbreiter dit soort sensoren nuttige mobiliteit geven. Ze creëerde een kleine zonnecelreeks om het apparaat van stroom te voorzien, een microcontroller om het gedrag ervan te regelen, en een reeks micro-elektromechanische systemen (MEMS) -motoren op een siliciumsubstraat. De laatste werden gebruikt als onderdeel van een ratelmechanisme genaamd inchworm-motoren, die twee haken uit elkaar trekken om de rubberen band uit te rekken.
Bergbreiter heeft in samenwerking met het Smart Dust Project de rubberen band gemaakt door een cirkelvormige strook van slechts negen micron dik en twee millimeter lang uit een dunne laag siliconen te snijden met behulp van een zeer fijne infraroodlaser. Het werd vervolgens vastgehaakt aan het rekmechanisme van de robot met niets meer dan een ultraprecisie pincet, een stereoscopische microscoop en een vaste hand. Dit leek een beetje op het spelen van het kinderspel Operatie, alleen moeilijker, zegt Bergbreiter.
Om het prototype van de robot te testen, sloot Bergbreiter hem zo aan dat in plaats van dat de bot echt springt, zijn been zo gepositioneerd is dat hij tegen een object schopt. Hierdoor kon ze de energie berekenen die vrijkwam. Tot nu toe heeft Bergbreiter slechts geprobeerd het elastiek gedeeltelijk uit te rekken, wat een sprong van ongeveer 12 millimeter zou opleveren voor de robot van 10 milligram. Ze zegt echter dat op basis van de resultaten van deze test, een volledige rek in staat zou zijn om sprongen van wel 200 millimeter te produceren, en ze zouden ongeveer twee keer zoveel grond horizontaal bestrijken. De resultaten worden volgende week gepresenteerd op de internationale conferentie over robotica en automatisering in Rome, Italië.
Het huidige zeven millimeter lange prototype is nog steeds veel groter dan een vlo. Maar Bergbreiter wil de robot graag verkleinen tot ongeveer een millimeter of vlo. Ook moet ze nog de kleine fotovoltaïsche zonnecel toevoegen die apart is gefabriceerd. De volgende stap is om alles op een rijtje te zetten, zegt ze.
Een van de voordelen van het maken van robots op insectenschaal is dat het mogelijk is om zeer hoge startsnelheden te genereren. Daarom kunnen insecten zulke relatief grote sprongen maken. Naarmate het volume van een object wordt verminderd, neemt de massa ervan veel sneller af, wat op zijn beurt grote versnellingen mogelijk maakt.
Er is echter een wisselwerking. De weerstand neemt toe naarmate je kleiner wordt, zegt Bergbreiter. De truc is dus om ervoor te zorgen dat de grootte van de bots voldoende voordelen biedt in termen van versnelling om op te wegen tegen de kosten van eventuele extra weerstand.
Maar het genereren van deze beweging vereist nog steeds meer energie dan de robot via zijn zonnecellen uit zijn omgeving kan halen. Dit is vaak het geval bij autonome robots, daarom is het opslaan van de energie noodzakelijk, zegt Chris Melhuish , een professor in robotica en directeur van het Bristol Robotics Laboratory aan de University of Bristol en de University of the West of England, U.K.
Waarschijnlijk is vliegen de enige andere manier om zulke relatief grote afstanden af te leggen. Maar vliegen voegt een hele reeks nieuwe uitdagingen toe, zegt Bergbreiter. Het vereist zeer krachtige motoren om vleugels te laten klappen of een propeller aan te drijven, en gezien het effect dat wind kan hebben op zulke kleine objecten, zijn er grote controleproblemen. Door te springen zouden robots veel grotere afstanden kunnen afleggen zonder dat er veel kracht nodig is.