Világító “izmok” adnak intelligens képességeket az MIT apró repülő robotjainak

Az apró, rovarszerű repülő robotok könnyű kommunikációs képességekkel rendelkeznek az elektrolumineszcens mesterséges izmoknak köszönhetően. A robotokat a Szentjánosbogarak ihlették, amelyek világításukkal vonzzák a párjukat, elriasztják a ragadozókat és elcsalják a zsákmányt, és a Massachusetts Institute of Technology (MIT) mérnökei fejlesztették ki őket.

A világító aktuátorok rendkívül kis súlyú követési képességet is lehetővé tesznek, ami nehéz érzékelők hozzáadása nélkül is kibővíti felhasználási lehetőségeiket.

“Ha a nagyméretű robotokra gondolunk, azok sokféle eszközzel kommunikálhatnak – Bluetooth, vezeték nélküli, mindenféle ilyesmi. De egy apró, energiaszegény robot esetében kénytelenek vagyunk új kommunikációs módokon gondolkodni.

“Ez egy jelentős lépés afelé, hogy ezeket a robotokat kültéri környezetben repülhessenek, ahol nincs jól hangolt, korszerű mozgáskövető rendszerünk” – mondta Kevin Chen, az Elektronikai Kutató Laboratórium (RLE) Puha és Mikro Robotika Laboratóriumának vezetője és a munkáról szóló tanulmány vezető szerzője.

Az elektrolumineszcencia lehetővé tenné a gépek közötti kommunikációt például kereső és mentő küldetések során. A fénykibocsátás képessége azt is jelenti, hogy az egyébként szükséges terjedelmes infravörös kamerák helyett okostelefonok kameráival is pontosan nyomon követhetők.

A robot szárnyait csapkodó mesterséges izmok úgy készültek, hogy elasztomer és szén nanocsöves elektróda ultravékony rétegeit váltogatták egymásra rakva, majd egy “nyúlós hengerré” göngyölték. Amikor feszültséget kapcsolunk, az elektródák összenyomják az elasztomert, és a mechanikai feszültség hatására a szárny csapkodni kezd.

Ahhoz, hogy ezek az apró repülő robotok világítsanak, a csapat elektrolumineszcens cink-szulfát részecskéket épített az elasztomerbe. A kutatók nagyfeszültséggel erős elektromos mezőt hoztak létre a lágy működtetőelemben, és nagy frekvenciával hajtották meg a robotot, ami lehetővé tette a részecskék fényes világítását.

“Hagyományosan az elektrolumineszcens anyagok energetikailag nagyon költségesek, de bizonyos értelemben ingyen kapjuk az elektrolumineszcenciát, mert csak az elektromos mezőt használjuk a repüléshez szükséges frekvencián. Nincs szükségünk új működtetésre, új vezetékekre vagy bármi másra. Csak körülbelül 3%-kal több energiára van szükség a fénykibocsátáshoz” – mondta Chen.

Az prototípus elkészítésekor a kutatók azt tapasztalták, hogy a cinkrészecskék hozzáadása csökkentette a minőségét, ami miatt könnyebben szétesett. Ennek kiküszöbölésére a vezető mérnök, Suhan Kim csak a felső elasztomerrétegbe kevert cinkrészecskéket. Ezt a réteget néhány mikrométerrel vastagabbá tette, hogy ellensúlyozza a kimeneti teljesítmény esetleges csökkenését. Ezáltal a működtetőszerkezet 2,5%-kal nehezebbé vált, de a repülési teljesítmény befolyásolása nélkül bocsátotta ki a fényt.

A csapat egy speciálisan erre a célra tervezett mozgáskövető rendszerrel végezte a repülési teszteket. Minden egyes elektrolumineszcens működtető elem aktív jelölőként szolgált, amelyet iPhone-kamerák segítségével lehetett követni. A kamerák minden egyes fényszínt érzékeltek, és egy számítógépes program 2 mm-es pontossággal követte a robotok helyzetét és helyzetét a legkorszerűbb infravörös mozgásrögzítő rendszerekhez képest.

“Nagyon büszkék vagyunk arra, hogy milyen jó a követési eredmény a legkorszerűbbekhez technológiákhoz képest. Olcsó hardvert használtunk, szemben az ilyen nagy mozgáskövető rendszerek több tízezer dolláros költségével, és a követési eredmények nagyon közel voltak” – mondta Chen.

A jövőben a kutatók azt tervezik, hogy tovább fejlesztik a mozgáskövető rendszert, hogy az valós időben tudja követni a robotokat. Azon is dolgoznak, hogy vezérlőjeleket építsenek be, hogy a robotok repülés közben be- és kikapcsolhassák a fényüket annak érdekében, hogy jobban kommunikáljanak. Az elektrolumineszcencia még a puha mesterséges izmok egyes tulajdonságait is javíthatja, mondta Chen.