Представьте себе робота размером всего с муравья, способного бегать, прыгать, поворачиваться и даже преодолевать препятствия.
Звучит как фантастика, но это реальность благодаря инновационной разработке исследователей из Advanced Intelligent Systems.
Недавно ученые создали удивительного шагающего робота под названием Picotaur, описание которого было опубликовано в журнале Advanced Intelligent Systems.
Этот крошечный робот-муравей весом всего 15,4 мг демонстрирует возможности, которые ранее были недоступны для микророботов такого масштаба.
Ключевые элементы конструкции
Ключевым элементом конструкции Picotaur являются его шесть ног, каждая из которых оснащена двумя степенями свободы, эта конфигурация позволяет роботу выполнять различные типы движения - от бега до прыжков.
Ноги робота приводятся в движение с помощью миниатюрных электростатических актуаторов, разработанных с использованием технологии двухфотонной полимеризации.
Процесс двухфотонной полимеризации заключается в том, что лазерный луч фокусируется внутри фоторезистивного материала, вызывая полимеризацию только в точке фокуса, это позволяет создавать сложные трехмерные микроструктуры напрямую, без необходимости в дополнительной сборке.
В случае Picotaur, данная технология была применена для изготовления миниатюрных электростатических актуаторов, приводящих в движение ноги робота.
Каждая нога Picotaur представляет собой пятизвенный механизм, состоящий из двух вращательных актуаторов и связанных с ними звеньев.
Вращательные актуаторы выполнены в виде электростатических гребенчатых приводов, которые обеспечивают высокую скорость и эффективность работы, они приводят в движение звенья ноги, создавая сложные траектории движения стопы.
Управление движением микроробота
Управление движением ног осуществляется путем подачи синусоидальных сигналов на актуаторы с определенной разностью фаз, это позволяет формировать различные типы траекторий - от эллиптических для обычной ходьбы до диагональных для прыжков.
Переключение между режимами движения достигается изменением фазовых соотношений сигналов, подаваемых на актуаторы.
"Процесс двухфотонной полимеризации позволил нам создать сложные 3D-механизмы ног непосредственно на гибкой печатной плате, что упрощает интеграцию электроники", - поясняют разработчики.
Благодаря такой конструкции Picotaur способен развивать скорость до 57 мм/с (7,2 длины своего тела в секунду) и может преодолевать препятствия высотой до 10% от длины своих ног.
Но самое главное - робот может переключаться между различными режимами ходьбы, включая чередующийся триподный шаг и прыжковый галоп.
"Возможность переключения между режимами движения позволяет Picotaur преодолевать более сложный рельеф, например, подниматься по лестницам с шагом 50 микрон и углом наклона 10 градусов", - рассказывают авторы.
Для демонстрации этих возможностей исследователи создали специальный полигон с 3D-напечатанными лестницами различной конфигурации.
На ровной поверхности робот использовал чередующийся триподный шаг, но при встрече с лестницей переключался на прыжковый галоп, это позволяло ему преодолевать препятствия, ставя все шесть ног на ступени.
Более того, робот может не только перемещаться, но и выполнять практические задачи, такие как толкание и перенос грузов.
Эксперимент
В ходе экспериментов Picotaur успешно доставлял 4-миллиграммовый шарик к целевому местоположению, используя комбинацию движения вперед-назад, поворотов и толкания.
Для этого исследователи разработали специальные алгоритмы управления, позволяющие роботу адаптировать свое поведение в зависимости от положения и ориентации груза.
Так, если груз смещался в сторону, робот разворачивался и подталкивал его в нужном направлении.
Picotaur - это важный шаг в развитии миниатюрной робототехники.
Его способность к маневренности, преодолению препятствий и выполнению практических задач открывает новые возможности для применения крошечных роботов в самых разных областях - от инспекции труднодоступных мест до микроманипуляций.
Исследователи отмечают, что дальнейшее совершенствование актуаторов, механизмов ног и интеграция автономных источников питания позволят еще больше расширить возможности Picotaur и подобных ему микророботов.
Так, интеграция миниатюрных солнечных батарей могла бы обеспечить автономное питание робота, а встраивание датчиков в актуаторы ног - замкнуть контур управления для более точного позиционирования.
Похоже, что мир миниатюрной робототехники стоит на пороге настоящего прорыва. Picotaur демонстрирует, что даже на микроскопическом уровне можно создавать роботов с впечатляющими возможностями, способных решать практические задачи.
Дальнейшее развитие этого направления, несомненно, откроет новые горизонты для применения миниатюрных роботизированных систем.
Мы будем рады видеть вас в числе наших подписчиков!
Не забывайте про активность на канале, ставьте лайки и пишите комментарии, а если Вы еще не подписаны, присоединяйтесь к Миру технологий.
Также ждем вас в телеграмм канале Мир технологий: https://t.me/mirtekhnologij