Ένα τετράποδο ρομπότ με μαλακούς ενεργοποιητές μπορεί να μεταφέρει έως και 22 φορές το βάρος του σώματός του ενώ σέρνεται ή πηδά από το ένα μέρος στο άλλο.
Τα κινητά ρομπότ κλίμακας εκατοστών έχουν πολυάριθμες χρήσεις σε μια σειρά βιομηχανιών, όπως η γεωργία, η υγειονομική περίθαλψη, η εξερεύνηση και οι επικοινωνίες. Φανταστείτε έναν στόλο από μικρά ρομπότ που εξερευνούν επικίνδυνες ή δυσπρόσιτες τοποθεσίες. Επειδή οι μπαταρίες και άλλες πηγές ενέργειας έχουν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα, τα ρομπότ αυτής της κλίμακας παραδοσιακά βασίζονται σε τεχνολογίες μικροενεργοποιητών περιορισμένης δύναμης.
Ο ρυθμός κύκλου, η δύναμη ή η μετατόπιση άλλων μικροενεργοποιητών που χρησιμοποιούνται στη ρομποτική, όπως οι ηλεκτροστατικοί, θερμικοί και μαγνητικοί τύποι, είναι ανεπαρκείς για την εκτέλεση πιο σημαντικών εργασιών.
Επιπλέον, η ισχύς εξόδου και η ικανότητα μεταφοράς φορτίου των ενεργοποιητών μειώνονται καθώς γίνονται μικρότεροι.
Αυτά τα προβλήματα επιλύθηκαν από ερευνητές του Πανεπιστημίου Cornell που υπηρέτησαν ως σύμβουλοι διατριβών. Για παράδειγμα, η μεθανόλη έχει πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες λιθίου, οι οποίες έχουν ενεργειακή πυκνότητα μόνο 1,0 MJ/kg. Το τετράποδο ρομπότ ύψους 29 mm που παρουσιάζεται εδώ, με ενεργοποιητές τοποθετημένους σε δύο μπροστινά πόδια και δύο πίσω πόδια, κατασκευάστηκε από τον Aubin, τον Shepherd και τους συνεργάτες του χρησιμοποιώντας έναν ελαφρύ μικροενεργοποιητή (325 mg) και αποδείχθηκε η ενσωμάτωσή του σε ένα μοντέλο εργασίας.
Μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη δύναμη μπορεί να δημιουργηθεί από κάθε μικροενεργοποιητή σε παλμούς υποχιλιοστά του δευτερολέπτου από ό,τι μπορούν να παράγουν τρέχοντες ενεργοποιητές συγκρίσιμου μεγέθους, βάρους ή σύνθεσης (δηλ. 9 N).
Για να τροφοδοτήσουν τους μικροενεργοποιητές, οι ερευνητές δημιούργησαν έναν τρισδιάστατο εκτυπωμένο θάλαμο καύσης στον οποίο αντλείται ένας αέριος συνδυασμός μεθανίου και οξυγόνου μέσω σωλήνων. Στη συνέχεια δημιουργείται ένας μικρός σπινθήρας μεταξύ δύο ηλεκτροδίων θαλάμου για να αναφλεγεί το μεθάνιο. Στην κορυφή του θαλάμου, μια ελαστομερής μεμβράνη, όπως ένα έμβολο, διογκώνεται και διαστέλλεται από τα αέρια προϊόντος της εξώθερμης αντίδρασης. Η έκρηξη μπορεί να ενεργοποιήσει έναν ενεργοποιητή, να εκτοξεύσει αντικείμενα ή να εκτελέσει άλλες εργασίες. Όταν απελευθερώνονται αέρια από τον θάλαμο, η μεμβράνη ξεφουσκώνει, σηματοδοτώντας την έναρξη ενός νέου κύκλου.
Οι ερευνητές επέδειξαν μετατοπίσεις ενεργοποιητών 140%, που είναι υψηλότερες από τους σύγχρονους μικροενεργοποιητές. Κατάφεραν επίσης να συντονίσουν την απόδοση του ενεργοποιητή λειτουργώντας τον σε διάφορες συχνότητες και συγκεντρώσεις καυσίμου. Χάρη στην προσαρμοστικότητά του, το ρομπότ μπόρεσε να περιηγηθεί σε διάφορα εδάφη σέρνοντας ή πηδώντας. Το ρομπότ μπόρεσε να πηδήξει 20 και 5,5 φορές το μήκος του σώματός του, ή 59 cm ύψος και 16 cm προς τα εμπρός, αντίστοιχα. Επιπλέον, μπορούσε να σηκώσει ένα φορτίο 22 φορές το βάρος του.
Η θερμοκρασία του ρομπότ ανέβηκε σε σημείο που ανάφλεξε συνεχώς το δωμάτιο όταν λειτουργούσε σε συχνότητες υψηλότερες από 50 Hz. Η συσκευή έδειξε καλή αντοχή κάτω από αυτή τη συχνότητα. Σε μια από τις δοκιμές της, η ομάδα έτρεξε το τετράποδο ρομπότ για 8,5 κύκλους σε 750.000 ώρες.
Πηγή: Physics Today
📩 18/09/2023 09:29