Inżynierowie z Northwestern University opracowali najmniejszego w historii zdalnie sterowanego robota kroczącego – i to w postaci malutkiego, uroczego kraba peekytoe.
Mające zaledwie pół milimetra szerokości maleńkie kraby mogą się zginać, skręcać, pełzać, chodzić, obracać, a nawet skakać. Naukowcy opracowali również milimetrowej wielkości roboty przypominające cewki, świerszcze i chrząszcze. Chociaż badania są w tym momencie eksploracyjne, naukowcy wierzą, że ich technologia może przybliżyć pole do realizacji mikrorobotów, które mogą wykonywać praktyczne zadania wewnątrz ciasno zamkniętych przestrzeni.
Badania zostaną opublikowane w środę (25 maja) w czasopiśmie Science Robotics. We wrześniu ubiegłego roku, ten sam zespół przedstawił skrzydlaty mikroprocesor, który był najmniejszą w historii strukturą latającą stworzoną przez człowieka.
„Robotyka to ekscytująca dziedzina badań, a rozwój robotów w mikroskali to fajny temat do akademickich eksploracji” – powiedział John A. Rogers, który kierował pracami eksperymentalnymi. „Można sobie wyobrazić mikro-roboty jako agentów do naprawy lub montażu małych struktur lub maszyn w przemyśle lub jako asystentów chirurgicznych do oczyszczania zatkanych tętnic, zatrzymywania krwawienia wewnętrznego lub eliminowania guzów nowotworowych — wszystko w minimalnie inwazyjnych procedurach”.
„Nasza technologia umożliwia różne kontrolowane modalności ruchu i może chodzić ze średnią prędkością połowy długości swojego ciała na sekundę” – dodał Yonggang Huang, który kierował pracami teoretycznymi. „Jest to bardzo trudne do osiągnięcia w tak małych skalach dla robotów naziemnych”.
Pionier w dziedzinie bioelektroniki, Rogers jest Louis Simpson i Kimberly Querrey Professor of Materials Science and Engineering, Biomedical Engineering i Neurological Surgery w Northwestern’s McCormick School of Engineering i Feinberg School of Medicine oraz dyrektorem Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB). Huang jest profesorem Jan i Marcia Achenbach w dziedzinie inżynierii mechanicznej oraz inżynierii cywilnej i środowiskowej w McCormick i kluczowym członkiem QSIB.
Mniejszy od pchły krab nie jest napędzany przez skomplikowany sprzęt, hydraulikę czy elektryczność. Zamiast tego, jego siła leży w elastycznej sprężystości jego ciała. Do skonstruowania robota naukowcy wykorzystali materiał stopowy z pamięcią kształtu, który po podgrzaniu przekształca się w „zapamiętany” kształt. W tym przypadku badacze użyli skanowanej wiązki laserowej, aby szybko ogrzać robota w różnych miejscach jego ciała. Cienka powłoka szkła elastycznie przywraca odpowiadającą jej część struktury do zdeformowanego kształtu po ochłodzeniu.
Gdy robot przechodzi z jednej fazy do drugiej – od zdeformowanego do zapamiętanego kształtu i z powrotem – wytwarza ruch. Laser nie tylko zdalnie steruje robotem, aby go aktywować, ale również kierunek skanowania laserowego określa kierunek chodzenia robota. Skanowanie od lewej do prawej, na przykład, powoduje, że robot porusza się od prawej do lewej.
„Ponieważ te struktury są tak maleńkie, tempo chłodzenia jest bardzo szybkie” – wyjaśnił Rogers. „W rzeczywistości, zmniejszenie rozmiarów tych robotów pozwala im działać szybciej”.
Aby wyprodukować tak małe stworzenia, Rogers i Huang zwrócili się do techniki, którą wprowadzili osiem lat temu — metody montażu pop-up inspirowanej dziecięcą książką pop-up.
Najpierw zespół wytworzył prekursory struktur kraba kroczącego w płaskiej, planarnej geometrii. Następnie przykleili te prekursory do lekko rozciągniętego gumowego podłoża. Kiedy rozciągnięty substrat jest rozluźniony, następuje kontrolowany proces wyboczenia, który powoduje, że kraby „wyskakują” w precyzyjnie zdefiniowane trójwymiarowe formy.
Dzięki tej metodzie produkcji zespół z Northwestern mógłby opracować roboty o różnych kształtach i rozmiarach. Dlaczego więc krab peekytoe? Możemy za to podziękować studentom Rogersa i Huanga.
