Более пяти лет назад инженеры из Гарвардского университета впервые представили миниатюрного летающего робота-пчелу под названием RoboBee. С тех пор устройство прошло не одну стадию модернизации: покорило воду и воздух и научилось садиться на листья.
Теперь же RoboBee стал первым микророботом с мягкими актуаторами, способным на управляемый полёт. Поясним, что мягкие актуаторы являются своеобразными искусственными мышцами, позволяющими аппарату передвигаться в пространстве.
Их основное преимущество заключается в том, что они, в отличие от твёрдых актуаторов, повышают устойчивость устройства к повреждениям. Поэтому столкновения со стенами или другими RoboBee и падения новичку не страшны.
Многие специалисты в области робототехники сомневались, что мягкие актуаторы могут быть использованы для создания летающих роботов (в отличие от твёрдых актуаторов). Дело в том, что плотность энергии последних не являлась достаточно высокой и ими было довольно трудно управлять, отмечает первый автор новой работы Юйфэн Чен (Yufeng Chen).
Недавно же специалисты из США решили основную проблему мягких актуаторов.
Исследователи использовали существующую технологию мягкого актуатора, приводимого в движение электричеством (к слову, также созданную в Гарварде). Такие мягкие актуаторы изготовлены с использованием диэлектрических эластомеров – мягких материалов с хорошими изоляционными свойствами, которые деформируются под действием электрического поля.
Улучшив проводимость электродов, инженеры добились от RoboBee работы на частоте 500 герц (а это сопоставимо с параметрами жёстких актуаторов). Последние, напомним, часто используются при создании микророботов.
Ещё одна проблема, неизбежно возникающая при работе с мягкими искусственными мышцами, заключается в том, что такая система может прогибаться и становиться неустойчивой. Чтобы решить её, исследователи использовали легковесный каркас, на котором располагалась нить, не позволявшая актуаторам прогибаться.
Позднее исследователи протестировали два аппарата RoboBee: с двумя и четырьмя крыльями.
Первый аппарат смог взмыть в воздух, но инженеры не смогли им управлять. Вторая модель с двумя актуаторами показала свою способность летать в пространстве, наполненном препятствиями, и выдержала несколько столкновений.
Специалисты также наблюдали за одновременным полётом двух моделей с четырьмя крыльями. Это испытание показало, что устройства могут продолжать полёт и после столкновения друг с другом.
Также инженеры построили модель с восемью крыльями, используя при этом сразу четыре актуатора.
Что же касается недостатков технологии, то по эффективности "мягкие" летающие микророботы пока сильно отстают от традиционных "твёрдых". Однако учёные уже планируют исправить этот недостаток.
Кроме того, "мягкие" робопчёлы пока летают "на привязи". Питание поступает к ним по тонким проводам, а навигация осуществляется посредством внешней системы захвата изображений. Эти проблемы инженерам предстоит решить в будущем.
Разработчики надеются, что технология в итоге найдёт применение в поисково-спасательных операциях, потенциально позволяя роботам, так как такие микророботы могут проникнуть в ограниченное пространство, самые маленькие дырки и щели.
Научная статья по итогам исследования опубликована в издании Nature.
Ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали, как инженеры научили крошечных роботов прыгать по поверхности воды. Писали мы и о том, как роботы-муравьи пригодятся в производстве сложных структур и электроники.
