Pietsosähköisiä minidrooneja ja gepardeja

Esimerkiksi romahtaneen rakennuksen sisään sujahtavat mikrodroonit tarvitsevat kevyen mutta vahvan teholähteen.

Kalifornian San Diegon yliopiston ja CEA-Letin tutkijat ovat kehittäneet uuden itseään ylläpitävän piirikokoonpanon, joka sisältää miniatyrisoidut kiintoaineakut, joissa yhdistyvät korkea energiatiheys ja erittäin kevyt rakenne.

Useimmat mikrorobotit käyttävät liikkumiseen pietsosähköisiä mikrotoimielimiä. Ne tarvitsevat kuitenkin korkeita jännitteitä kun nykyakuista saadaan vain 4 volttia. Jännitteen nostaminen vaatii tilaa vieviä ja painoa kasvattavia keloja tai kondensaattoreita.

Nyt tutkijat siirtyivät pois perinteisistä pienistä akuista entistä pienempiin akkuihin, joita voidaan ohjata sarjaan tai rinnakkain. Vaihto sarja- ja rinnakkaiskokoonpanojen välillä tapahtuu kymmenissä millisekunneissa ilman passiivisten lisäkomponenttien painoa.

Järjestelmä vie tehokkuutta edelleen askeleen syvemmälle sisällyttämällä siihen myös energian talteenoton. Tämä on mahdollista kiintoaineakkujen uudelleenlatauksella ja mikrotoimilaitteen kyvyllä toimia kondensaattorina.

Pietsotoimilaite latautuu korkeaan jännitteeseen kun se aktivoidaan, minkä jälkeen se purkaa energiaa takaisin akkuihin vaiheittaisen prosessin kautta. Kuten varausvaiheessa, uudelleen lataus tapahtuu adiabaattisesti eli ilman lämmönsiirtoa tehokkaimmalla mahdollisella tavalla.

Käyttämällä 18 pientä akkuyksikköä järjestelmä tuotti jopa 56,1 volttia toimiessaan yhtäjaksoisesti yli 50 tuntia. Koko järjestelmä painoi vain 1,8 grammaa ja edelleen kehitetyillä akuilla se putosi vain 14 milligrammaan.

Kiinalaisen Northeastern-yliopiston tutkijat kehittivät äskettäin uuden bionisen robotin. Se on saanut inspiraationsa gepardin juoksutavasta ja sen rakenne hyödyntää H-muotoista pietsosähköistä tekniikkaa.

Pietsosähköinen seisovan aallon periaatteeseen perustuva robotti toteuttaa lineaarista liikettä ja kääntöliikkeitä jännite-eron ajomenetelmällä.

Tutkijoiden kehittämässä robotissa on kolme pietsosähköistä tankoa. Emuloidakseen gepardien juoksua robotti hyödyntää pietsosähköisten jalkatankojen taivutusvärähtelyjä, jotka liikuttavat sen neljää jalkaa määräajoin. Kolmas tanko ohjaa kehon taivutusta kääntymisessä.

Suorituskykytestin tulokset osoittavat sen maksiminopeudeksi 67 mm/s viritysjännitteellä 320 V ja kantavuudeksi 55 g. Lisäksi versiolla, jossa on erilaiset jalkaparit, on parempi kiipeilykyky.

Aiheesta aiemmin:

Lintujen inspiroima drooni voi hypätä lentoon

Pienten lentäjien lennonhallintaa

Pieni robotti kävelee kuin rapu