Железные крошки: 6 необычных роботов-насекомых

Роботы-насекомые крошечные, но при этом перспективные механизмы. Например, они могут быть полезны в медицине или в разведке труднодоступных мест. В тексте рассказываем о шести таких проектах и показываем необычных «букашек».

В 2018 году гарвардские ученые разработали робота-таракана. Он должен был помочь людям в исследованиях труднодоступных мест.

Цель исследователей была проста — сделать мобильного и небольшого робота для исследования труднодоступных мест. В осуществлении задумки помогла микроэлектроника: на борту «таракана» установлены два микроконтроллера, приводы для управления клешнями и батарейка на 8 мАч.

Полностью собранный робот весит 2,8 г, а его длина — 4,5 см.

В 2015 году ученые из Стэнфорда создали робота-силача. Он смог передвинуть массу, превышающую его собственную в две тысячи раз. Это при том, что вес «муравья» составил всего 12 г.

На брюшке «муравья» расположен механизм, который опускает клейкую основу до упора с плоскостью. Трос подтягивает груз и робот отцепляется от поверхности. Такие рывки MicroTug продолжает делать, пока не доползет до пункта назначения.

Как и HAMR-F, робот может исследовать только наземные объекты. Но это не единственная «среда обитания» роботов-насекомых. Доказательство этому — RoboBee.

Выше мы уже писали про HAMR-F — наземного робота прямиком из Гарварда. Оказалось, ученые университета разработали также вариант для воздуха и воды — робота-пчелу RoboBee. У проекта есть несколько версий. Подробнее о каждой из них — в этом разделе.

Вышла в 2013 году. И хоть исследователи назвали робота пчелой, внешне он, кажется, больше похож на стрекозу.

Его габариты соответствующие: длина — 3 см, масса — 80 мг. Миниатюрности инженеры достигли благодаря хитрым пьезоэлектрическим моторчикам и прочному, легкому материалу из углеродистого волокна.

Первая модель RoboBee не работала автономно: требовалось подключение к внешнему источнику питания через протянутый провод. Оттого полеты робота могут напоминать игру с воздушным змеем.

Через два года разработчики доработали проект и заявили, что робот может перемещаться под водой. Но не все так однозначно: вторая версия RoboBee способна лишь на переход из воздушной среды в воду.

В 2017 году инженеры показали миру третью версию RoboBee, которая умеет выныривать из воды. Этого удалось достичь с помощью новых элементов в конструкции — они помогают роботу на каждом этапе выныривания.

Четвертая версия

Через два года разработчики выпустили последнюю версию RoboBee, которая может летать без подключения к внешним источникам питания.

Исследователи добились компромисса между массой и мощностью: добавили электронику, дополнительную пару крыльев, аккумулятор и солнечные батареи.

Однако робот не приспособлен к работе в водной среде — как и третья версия он не может работать автономно. Появится ли универсальная версия — открытый вопрос. Если получится, проект подойдет для разведки любых местностей и завалов.

В 2019 году ученые из политехнического университета Лозанны выпустили две версии робота-муравья DEAnsect. Первый — автономный и умный (может двигаться по прочерченному пути), а второй — эластичный и ударостойкий.

Автономная модель может работать без подзарядки до 14 минут. Зато более «живучая» версия не боится удара мухобойкой.

В основе устройства — искусственные мускулы из упругой диэлектрической мембраны, которые заключены между парами гибких электродов.

При подаче напряжения на электроды проводники притягиваются и стягивают мембраны. В результате мускулы вытягиваются и подтягивают за собой три ножки. При снятии напряжения мембраны возвращаются в исходное состояние, подтягивая уже тело к ножкам.

Ножки тоньше крыльев стрекозы и двигаются со скоростью до 3 см/с.

В 2017 году группа исследователей из США и Китая представила робота, который состоит всего из четырех компонентов: легкого корпуса, пары электродов, конденсатора и проволоки.

Несмотря на свои небольшие габариты (20 мм в длину, масса — 90 мг), Electrostatic Crawler автономен. Без внешнего источника питания робот может перемещаться со скоростью 2 мм/c в течение 10 секунд. Длительность жизненного цикла ограничивается лишь емкостью конденсатора, который выступает в роли аккумулятора.

Движение вызвано вибрацией конструкции из-за колебаний проволоки между электродами, на которые постепенно подается напряжение с конденсатора емкость 10 нФ.

В результате робот двигается вперед по зигзагообразной траектории. Для наглядности покажем на схеме:

Предыдущие проекты сильно зависели от электричества. Альтернативу предлагают изобретатели из Лаборатории автономных роботов Университета Южной Калифорнии — они изобрели RoBeetle. Это робот-жук, способный передвигаться более двух часов без внешних источников питания. Масса робота 88 мг, длина 15 мм.

Долгосрочной автономности ученые добились с помощью жидкого топлива на метаноле, который питает искусственные мышцы из никель-титана. У сплава есть память формы. Мускулы растягиваются при нагреве и стягиваются при охлаждении. Также на поверхность мускул нанесен тонкий слой никеля.

На верхней стороне жука расположены отверстия, через которые испаряется метанол. Пары метанола при взаимодействии с нанесенным никелем приводят к окислению и нагреву никель-титановых проволок.

В результате мышца растягивается, вместе с ней движутся передние ноги RoBeetle. Одновременно с этим закрываются отверстия, через которые испаряется метанол. Проволока прекращает нагреваться и остывает, а мышца сокращается в обратную сторону и подтягивает за собой ноги с корпусом.

Несмотря на то, что мышца нагревается за секунду до 100 ºС, она быстро охлаждается из-за небольших габаритов. Получается, чем быстрее нагрев и охлаждение мускулов, тем больше скорость передвижения RoBeetle.

Полный отказ от электроники — это преимущество и проклятие RoBeetle. Пока непонятно, как управлять роботом. Он умеет двигаться только вперед. Однако может нести на своих лапках груз массой 229 мг. Напомним, что сам робот весит 88 мг.

Читайте также:

#selectel #роботы #изобретения