24 maja 2024

 

Skaczące mikroroboty z napędem spalinowym

Naukowcy z Cornell University połączyli miękkie mikroaktuatory z paliwem chemicznym o wysokiej gęstości energetycznej, aby zbudować czworonożnego robota wielkości dużego owada, który jest zasilany poprzez spalanie. Robot przewyższa swoich konkurentów z napędem elektrycznym pod względem prędkości poruszania, udźwigu, zręczności i wysokości skoku.

Jak do tej pory, budowane przez badaczy mikroroboty były wielokrotnie słabsze od swoich odpowiedników o porównywalnych rozmiarach, występujących w przyrodzie ożywionej. Konstruowane przez inżynierów siłowniki po prostu nie dają się wystarczająco pomniejszyć nie tracąc przy tym efektywności.

Czworonożny robot nowej konstrukcji ma mniej niż trzy centymetry długości i waży nie więcej niż dwa spinacze do papieru. Jego korpus wydrukowano w 3D z ogniotrwałej żywicy. W jego obrębie znajdują się dwie komory spalania, rozgałęziające się na cztery odnóża, z których każde zawiera cylinder zaślepiony silikonową membraną. Sterowany elektronicznie zapłon powoduje detonację mieszanki metanu z tlenem w wybranej komorze spalania, co powoduje odkształcenie membrany i wybicie robota w powietrze.

Siła wytwarzana przez taki układ napędowy dochodzi do 10 N. Robot skacze na wysokość do 60 cm i z każdym skokiem przemieszcza się o 140% długości własnej. Jest także w stanie unieść dwudziestokrotność masy własnej. Napęd może działać z częstotliwością ponad 100 Hz. Robot sterowany jest przewodowo poprzez kontrolę parametrów spalania – częstotliwości i szybkości zapłonu, a także dopływu paliwa. Przy dużej częstotliwości zapłonu i ograniczonym dopływie mieszanki, robot wibracyjnie przesuwa się po powierzchni. Z kolei przy niskiej częstotliwości zapłonu i maksymalnym dopływie paliwa – skacze wysoko nad ziemią. Jest to o tyle wyjątkowe, że roboty tej wielkości zwykle albo skaczą, albo się przesuwają – ten zaś doskonale radzi sobie z obydwoma rodzajami lokomocji.

W przyszłości planowane jest opracowanie wersji rozwojowej robota, wyposażonego w więcej efektorów zapewniających większą manewrowość, napędzanego ciekłym paliwem ze zbiornika zintegrowanego w konstrukcji korpusu, a co najważniejsze – sterowanego elektronicznie w sposób zdalny.

cornell.edu