یک تکنیک ساخت جدید ماهیچه های مصنوعی با ولتاژ پایین و متراکم تولید می کند که عملکرد میکروربات های پرنده را بهبود می بخشد.
وقتی صحبت از ربات ها می شود، بزرگتر همیشه بهتر نیست. روزی، انبوهی از ربات‌های به اندازه حشرات ممکن است یک مزرعه از محصولات را گرده افشانی کنند یا در میان آوارهای یک ساختمان فروریخته به دنبال بازماندگان بگردند.
محققان MIT پهپادهای کوچکی را نشان داده‌اند که می‌توانند با چابکی و انعطاف‌پذیری باگ‌مانند زیپ شوند و در نهایت می‌توانند این وظایف را انجام دهند. محرک‌های نرمی که این میکروربات‌ها را به حرکت در می‌آورند بسیار بادوام هستند، اما به ولتاژ بسیار بالاتری نسبت به محرک‌های صلب با اندازه مشابه نیاز دارند. ربات‌های پر وزن نمی‌توانند وسایل الکترونیکی لازم را که به آنها اجازه می‌دهد به تنهایی پرواز کنند، حمل کنند.
اکنون، این محققان تکنیک ساختی را پیشگام کرده‌اند که آنها را قادر می‌سازد محرک‌های نرمی بسازند که با ولتاژ 75 درصد کمتر از نسخه‌های فعلی کار می‌کنند و 80 درصد بار بیشتری را حمل می‌کنند. این محرک های نرم مانند ماهیچه های مصنوعی هستند که به سرعت بال های ربات را تکان می دهند.
این تکنیک ساخت جدید ماهیچه های مصنوعی را با نقص کمتر تولید می کند که به طور چشمگیری طول عمر قطعات را افزایش می دهد و عملکرد و بار ربات را افزایش می دهد.
کوین چن، استادیار دپارتمان مهندسی برق و علوم کامپیوتر، دی. آزمایشگاه رباتیک نرم و میکرو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک (RLE)، و نویسنده ارشد مقاله میگوید" این فرصت های زیادی را در آینده برای ما باز می کند تا به استفاده از وسایل الکترونیکی قدرت روی میکروربات ها روی بیاوریم. مردم تمایل دارند فکر کنند که ربات های نرم به اندازه ربات های سفت و سخت توانایی ندارند. ما نشان می‌دهیم که این ربات با وزن کمتر از یک گرم، در طول پرواز معلق در هوا با کمترین خطا در طولانی‌ترین زمان پرواز می‌کند. "
ساخت عضلات
این میکروربات مستطیلی که کمتر از یک چهارم پنی وزن دارد، دارای چهار مجموعه بال است که هر کدام توسط یک محرک نرم هدایت می شوند. این محرک‌های ماهیچه مانند، از لایه‌هایی از الاستومری ساخته شده‌اند که بین دو الکترود بسیار نازک قرار گرفته و سپس به‌صورت استوانه‌ای درهم می‌پیوندند. هنگامی که ولتاژ به محرک اعمال می شود، الکترودها الاستومر را فشرده می کنند و از آن فشار مکانیکی برای بال زدن بال استفاده می شود.
هرچه سطح محرک بیشتر باشد، ولتاژ کمتری مورد نیاز است. این ماهیچه‌های مصنوعی را با تناوب بین لایه‌های بسیار نازک الاستومر و الکترود می‌سازند. با نازک شدن لایه های الاستومری، ناپایدارتر می شوند.
برای اولین بار، محققان توانستند یک محرک با 20 لایه، که ضخامت هر یک از آنها 10 میکرومتر (در حدود قطر یک گلبول قرمز) است، ایجاد کنند. اما آنها مجبور بودند بخش هایی از فرآیند ساخت را دوباره اختراع کنند تا به آنجا برسند.
یکی از موانع اصلی فرآیند پوشش اسپین است. در طول پوشش اسپین، یک الاستومر روی یک سطح صاف ریخته می شود و به سرعت می چرخد و نیروی گریز از مرکز فیلم را به سمت بیرون می کشد تا نازک تر شود.
در این فرآیند، هوا به داخل الاستومر برمی‌گردد و حباب‌های میکروسکوپی زیادی ایجاد می‌کند. قطر این حباب‌های هوا به سختی 1 میکرومتر است، بنابراین قبلاً آنها را نادیده می‌گرفتیم. اما وقتی لایه‌های نازک‌تر و نازک‌تر می‌شوید، اثر حباب‌های هوا قوی‌تر و قوی‌تر می‌شود. چن توضیح می دهد که به طور سنتی به همین دلیل است که مردم نمی توانند این لایه های بسیار نازک را بسازند.
محققان همچنین الکترودهای نازکی را که از نانولوله‌های کربنی تشکیل شده‌اند، بهینه کردند، رول‌های کربنی فوق‌العاده قوی که حدود 1/50000 قطر موی انسان است. غلظت‌های بالاتر نانولوله‌های کربنی باعث افزایش توان خروجی محرک و کاهش ولتاژ می‌شود، اما لایه‌های متراکم نیز دارای نقص‌های بیشتری هستند.
به عنوان مثال، چن توضیح می‌دهد که نانولوله‌های کربنی انتهای تیز دارند و می‌توانند الاستومر را سوراخ کنند، که باعث کوتاه شدن دستگاه می‌شود. پس از آزمون و خطای بسیار، محققان غلظت بهینه را پیدا کردند.
مشکل دیگر از مرحله پخت است- با اضافه شدن لایه‌های بیشتر، خشک شدن محرک بیشتر و بیشتر طول می‌کشد.
محققان دریافتند که پخت هر لایه برای چند دقیقه بلافاصله پس از انتقال نانولوله های کربنی به الاستومر، زمان پخت را کاهش می دهد زیرا لایه های بیشتری اضافه می شود.
مرجع: «روبات میکرو هوایی بالابر با ولتاژ پایین و محرک الاستومری دی الکتریک با استقامت طولانی» توسط ژیجیان رن، سوهان کیم، شیانگ جی، ویکون ژو، فرناز نیرویی، جینگ کنگ و یوفنگ چن، 28 نوامبر 2021، مواد پیشرفته.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید