На международной конференции Общества робототехники и автоматизации IEEE инженеры из Вашингтонского университета (WSU) представили двух насекомообразных роботов — мини-жука и водомерку. Это самые миниатюрные, легкие, быстрые и полнофункциональные микророботы на сегодня.
Вес мини-жука составляет всего восемь миллиграммов, а вес водомерки — 55 миллиграммов. Оба мини-робота могут двигаться со скоростью около шести микрометров в секунду.
В перспективе такие роботы, благодаря исключительно малому весу, размерам и экономичности, могут широко использоваться для искусственного опыления, мониторинга окружающей среды, в роботизированной хирургии, поисково-спасательных работах и многих других научных и производственных приложениях.
«Эти роботы двигаются быстрее по сравнению с другими микророботами сравнимых размеров, но все еще пока отстают по скорости от своих биологических родственников», — сказал КонорТригстад, аспирант Школы механики и материаловедения, ведущий специалист проекта. Муравей обычно весит до пяти миллиграммов, при этом может двигаться со скоростью почти один метр в секунду.
Ключ к созданию крошечных роботов — их крошечные приводы. Для достижения веса менее одного миллиграмма исследователи использовали новую SMA-технологию (Shape Memory Alloy), основанную на использовании мартенситных сплавов — сплавов с «памятью формы», изменяющих форму при нагревании и возвращающихся в исходную при охлаждении. В отличие от обычных приводов, в SMA-приводах нет движущихся частей или вращающихся элементов.
«SMA-приводы очень надежны с механической точки зрения и имеют большие перспективы использования в микроробототехнике», — добавил Тригстад.
SMA-приводы обычно не используют для крупномасштабных роботизированных перемещений, поскольку они слишком медленные. Однако в случае с роботами Вашингтонского университета приводы изготовлены из двух крошечных мартенситных проволочек диаметром всего в 1/1000 дюйма. При периодической подаче малого тока проволочки быстро нагреваются и охлаждаются, что позволяет роботам махать крыльями или двигать ногами с частотой до 40 герц. Во время испытаний WSU-приводы также были способны поднимать вес, в 150 раз больший, чем собственный.
Другое существенное преимущество SMA-приводов — высокая экономичность: они требуют лишь незначительного количества электроэнергии или тепла для приведения в движение.
Насекомообразные роботы Тригстада на сегодня умеют совершать только «плоские» взмахи, в то время как насекомое в природе совершает более эффективные «гребные» движения ногами, что позволяет ему двигаться намного быстрее.
В планах исследователей — разработка мини-роботов, способных передвигаться как по поверхности воды, так и непосредственно под ней. Они также работают в направлении использования крошечных батареек или каталитического сгорания, чтобы сделать своих роботов полностью энергетически автономными.