211service.com
Robotické blechy přicházejí do akce
Byla vyvinuta autonomní robotická blecha, která je schopna vyskočit téměř 30krát svou výšku díky tomu, co je pravděpodobně nejmenší gumičkou na světě.
Zvracet: Drobné motory mikroelektromechanických systémů (MEMS) natahují maličký gumový pásek o tloušťce devět mikronů a délce dva milimetry, aby se mikrobot mohl katapultovat vzduchem jako blecha.
Roje takových robotů by mohly být nakonec použity k vytvoření sítí distribuovaných senzorů pro detekci chemikálií nebo pro účely vojenského dohledu, říká Sarah Bergbreiter , elektroinženýr z Kalifornské univerzity v Berkeley, který roboty vyvinul.
Myšlenka je taková, že natažení silikonové gumičky o tloušťce pouhých devět mikronů může těmto mikrorobotickým zařízením umožnit pohyb katapultováním do vzduchu. První testy ukazují, že solární roboti dokážou uchovat dostatek energie na to, aby 7milimetrový robot skočil 200 milimetrů vysoko.
Toto bleší balistické skákání by těmto senzorům umožnilo být mobilní, pokrývat relativně velké vzdálenosti a překonávat překážky, které by normálně byly pro roboty o velikosti mikrometrů velkým problémem, říká Bergbreiter.
Takové senzory by mohly být rozptýleny z letadla, ale nemusí přistát v nejideálnějších pozicích, takže jejich mobilizace by mohla umožnit jejich přemístění, i když poněkud nahodile. Distribuované senzory obecně poskytují široký obraz, říká Bergbreiter. Je to proto, že mohou poskytnout podrobnější rozlišení na větší ploše ve srovnání s tradičnějšími nedistribuovanými přístupy ke snímání.
U miniaturních robotů je poskakování dobrou volbou, pokud se snažíte pohybovat po nerovném terénu, říká Metin Sitti , odborný asistent v laboratoři nanorobotiky v Robotickém institutu na Carnegie Mellon University v Pittsburghu. Při této velikosti je kritickým problémem napájení, takže je to dobrá volba pro ukládání energie, říká.
Působivé skákací schopnosti hmyzu, jako jsou blechy, pocházejí z jejich schopnosti ukládat energii do elastomerního proteinu zvaného resilin. To jim umožňuje uložit velké množství energie a pak ji velmi náhle uvolnit jako pohyb. Ale zatímco hmyz ukládá energii stlačováním elastomeru, Bergbreiter se rozhodl pro systém, který jeden napíná.
Práce s Kris Pister jako součást Projekt Berkeley Smart Dust Společnost Bergbreiter, která byla vytvořena za účelem vybudování sítí s distribuovanými senzory, které mohou komunikovat na dlouhé vzdálenosti pomocí mesh sítí, se snažila poskytnout těmto druhům senzorů užitečnou mobilitu. Vytvořila malé pole solárních článků pro napájení zařízení, mikrokontrolér pro řízení jeho chování a řadu motorů mikro elektromechanických systémů (MEMS) na křemíkovém substrátu. Poslední byly použity jako součást ráčnového mechanismu zvaného inchworm motory, které odtahují dva háky od sebe jako prostředek k natažení gumičky.
Společnost Bergbreiter ve spolupráci s projektem Smart Dust Project vytvořila gumičku vyříznutím kruhového proužku o tloušťce pouhých devět mikronů a délce dvou milimetrů z tenkého plátku silikonu pomocí velmi jemného infračerveného laseru. Poté byl připojen k natahovacímu mechanismu robota pomocí ničeho jiného než ultrapřesné pinzety, stereoskopického mikroskopu a pevné ruky. Bylo to trochu jako hraní dětské hry Operation, jen těžší, říká Bergbreiter.
Aby prototyp robota otestoval, Bergbreiter jej zavěsil tak, že místo aby robot skutečně skákal, byla jeho noha umístěna tak, aby kopal do předmětu. To jí umožnilo vypočítat uvolněnou energii. Bergbreiter zatím zkoušel jen částečné natažení gumičky, čímž by u 10miligramového robota dosáhl skoku asi 12 milimetrů. Říká však, že na základě výsledků tohoto testu by plné natažení bylo schopné produkovat skoky vysoké až 200 milimetrů a horizontálně by pokryly zhruba dvojnásobek země. Výsledky budou prezentovány příští týden na Mezinárodní konferenci o robotice a automatizaci v Římě v Itálii.
Současný sedm milimetrů dlouhý prototyp je stále mnohem větší než blecha. Ale Bergbreiter chce zmenšit robota až na jeden milimetr, neboli bleší velikost. Také potřebuje přidat malý fotovoltaický solární článek, který byl vyroben samostatně. Dalším krokem je dát to všechno dohromady, říká.
Jednou z výhod výroby robotů v měřítku hmyzu je, že je možné generovat velmi vysoké vzletové rychlosti. To je důvod, proč hmyz může dosáhnout tak poměrně velkých skoků. Jak se zmenšuje objem objektu, jeho hmotnost se zmenšuje mnohem rychleji, což zase umožňuje velká zrychlení.
Existuje však kompromis. Jak se zmenšujete, odpor se zvyšuje, říká Bergbreiter. Trik tedy spočívá v zajištění toho, že velikost robotů nabízí dostatek výhod, pokud jde o zrychlení, aby převážily náklady na jakékoli další přetažení.
Ale generování tohoto pohybu stále vyžaduje více energie, než je robot schopen vyčistit ze svého prostředí prostřednictvím svých solárních článků. To je často případ autonomních robotů, a proto je skladování energie nezbytné, říká Chris Melhuish , profesor robotiky a ředitel Bristol Robotics Laboratory na University of Bristol a University of the West of England, U.K.
Je pravděpodobné, že jediný způsob, jak překonat tak relativně velké vzdálenosti, je let. Ale létání přináší zcela nový soubor výzev, říká Bergbreiter. Vyžaduje to velmi výkonné motory pro mávání křídel nebo pohon vrtule a vzhledem k účinku, který vítr může mít na tak malé objekty, existují velké problémy s ovládáním. Skákání by na druhou stranu umožnilo robotům pohybovat se na mnohem větší vzdálenosti bez obrovských požadavků na výkon.