Räpyttelevä robotti jäljittelee lentävää hyönteistä

UCLA:n materiaalitutkijat ovat julkistaneet uuden valoherkän, räpyttelevän toimilaitteen, joka toimii kuten hyönteisten siipien luonnollinen supistuva ja rentouttava lihasliike. Innovaatio on merkittävä virstanpylväs itsenäisten, riippumattomien valovoimalla toimivien robottijärjestelmien kehittämisessä.

"Suuritehoiset autonomiset pehmeät toimilaitteet ovat erittäin kysyttyjä, mutta ne ovat kohdanneet haasteita, mukaan lukien riippuvuus kytketyistä teho- ja ohjausjärjestelmistä", sanoi tutkimuksen johtaja Ximin He UCLA Samueli School of Engineeringistä.

"Olemme suunnitelleet kolmikerroksisen, valokäyttöisen, itsestään aktivoituvan värähtelytoimilaitteen, joka mahdollistaa kytkemättömän energian syötön ja autonomisen ohjauksen."

Kokeissaan tutkijat näkivät tehon 33 wattia kiloa kohden, mikä on verrattavissa joidenkin lentävien hyönteisten tuottamaan määrään ja on 275 kertaa tehokkaampi kuin aikaisemmat samanlaisia periaatteita käyttävien räpyttelevien toimilaitteiden esittelyt.

Tulokset viittaavat siihen, että suunnitelma on merkittävä askel kohti riittävän jatkuvaa nostovoimaa pienelle ilmarobotille, joka lentää paljolti samalla tavalla kuin jotkut hyönteiset.

Ryhmän toimilaitteen suunnittelussa on nestekide-elastomeerikerroksien pari valoherkkiä materiaaleja, jotka on kohdistettu taipumaan vastakkaisiin suuntiin. Niiden välissä on neutraali silikonipolymeerikerros.

Kun toimilaite havaitsee luonnonvaloa, ylä- ja alakerros läpäisevät vuorotellen, jäljitellen hyönteisten heiluttavia siipilihaksia. Jatkuvassa valossa toimilaite osoitti jopa 13 lyöntiä sekunnissa tai lähes 780 lyöntiä minuutissa.

Uusi rakenne mahdollistaa toimilaitteen kahden kerroksen taipumisen peräkkäin, tehostaen ylös- ja vastaiskua alaspäin, kun taas neutraali kolmas kerros mahdollistaa paremman taivutuksen. Tutkijat antoivat uuden mekanismin nimeksi FLaPTOR, lyhenne sanoista " flapping trilayer oscillatory robot".

"Tämä työ edustaa merkittävää harppausta pehmeässä robotiikassa luomalla autonomisen värähtelevän liikkeen, joka on yksinomaan jatkuvan valonlähteen syöttämää ja samalla se osoittaa riittävän suuren antotehon rakentaakseen käytännöllisiä, hyönteiskokoisia lentäviä robotteja", Ximin He sanoi.

Vaikka toimilaitteen reaktiolla luonnonvaloon on rajansa, FLaPTOR voi myös hyödyntää laajaa valospektriä, mukaan lukien sinistä, vihreää, punaista, lähi-infrapunavaloa ja simuloitua aurinkovaloa.

"Toimilaitteen osoittama korkea teho, jossa käytetään vain luonnonvaloa, viittaa siihen, että valonlähteen lisäparannuksilla laitetta voitaisiin käyttää kytkemättömässä, autonomisessa lennossa pienille, suunnilleen mehiläisen kokoisille roboteille", sanoi Yusen Zhao, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja ja materiaalitieteen jatko-opiskelija.

Aiheesta aiemmin:

Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka

Pienten lentäjien lennonhallintaa

Hyönteismäistä keveyttä ja laskentakykyä