Исследователи создали новый тип крошечных 3D-печатных роботов, что движется по использованию вибрации, пьезоэлектрические приводы, источники ультразвука или даже крошечных динамиков. Стаи этих «микро-щетинки-боты» могли бы работать вместе, в смысле экологические изменения, перемещения материалов-или, возможно, один день ремонта повреждений внутри человеческого тела.
Прототип роботы реагируют на различные частоты колебаний в зависимости от их конфигурации, что позволяет исследователям контролировать отдельные боты регулировкой вибрации. Примерно два миллиметра в длину — размером с самый маленький в мире муравья-боты могут охватывать четыре раза больше их собственной длины в секунду, несмотря на физические ограничения их малый размер.
«Мы работаем над тем, чтобы сделать технологию надежной, и у нас есть много потенциальных применений в виду», — сказал Azadeh Ансари, профессор Школы электротехники и вычислительной техники в технологическом институте Джорджии. «Мы работаем на стыке механики, электроники, биологии и физики. Это очень богатый район и там много места для мультидисциплинарных понятий».
Документ, содержащий микро-щетинки-ботов принята к публикации в журнале Микромеханика и Микроинженерия. Исследование было поддержано грантом семени от института штата Джорджия для электроники и нанотехнологий. В дополнение к Ансари, исследовательская группа включает в себя школы Джордж Вудрафф машиностроения доцент июн Уэда и аспирантов DeaGyu Ким и zhijian в (Крис) Хао.
Микро-щетинки-боты состоят из пьезоэлектрического привода клеится на полимерный корпус, что это 3D-печати с помощью двух-фотонной литографии полимеризации (ТТП). Привод создает вибрацию и питается извне, потому что батареи не достаточно мал, чтобы поместиться на бот. Вибрации также могут поступать из пьезоэлектрического шейкер под поверхностью, на которой роботы двигаются, от УЗИ/источник сонар или даже крошечный акустический динамик.
Вибрации перемещения пружинит ногами вверх и вниз, стимулируя микро-бота вперед. Каждый робот может быть разработан, чтобы реагировать на разные частоты вибрации в зависимости от размера ноги, диаметр, конструкцию и общую геометрию. Амплитуда колебаний определяет скорость, с которой микро-боты двигаются.
«Как микро-щетинки-боты двигаются вверх и вниз, вертикальное движение преобразуется в направленное движение за счет оптимизации конструкции ног, которые выглядят как щетина», — пояснил Ансари. «Ножки микро-робот разработана с конкретными углами, что позволяет им сгибаться и двигаться в одном направлении в резонансный ответ на вибрации».
Микро-щетинки-боты сделаны в 3D-принтере с использованием ТЭС процесс, метод, который полимеризуется мономер полимерного материала. Как только часть смолы блок поразило ультрафиолета и химически созданное, остальное можно смыть, оставив нужные робототехнические конструкции.
«Он пишет лучше, чем традиционная литография» Ансари объяснил. «Ты остаешься со структурой, что вы пишете с помощью лазера на материале смолаы. Сейчас процесс занимает некоторое время, поэтому мы ищем пути, чтобы масштаб его сделать сотни или тысячи микро-ботов одновременно». Некоторые роботы имеют четыре ноги, а в других-шесть. Первый автор DeaGyu Ким сделал сотни крошечных структур для определения идеальной конфигурации.
На пьезоэлектрические приводы, в которых используется материал цирконат-титанат свинца (ЦТС), вибрирует при приложении электрического напряжения к ним. Наоборот, они могут также использоваться, чтобы генерировать напряжение, когда они вибрировали, возможность микро-щетинки-боты могут использовать для питания бортовых датчиков, когда они включаются от внешних вибраций.
Ансари и ее команда работают, чтобы добавить рулевого способность роботов путем объединения двух слегка различных микро-щетинки-боты вместе. Потому что каждый из соединяемых микро-боты реагируют на различные частоты колебаний, совокупность могут быть управляемыми путем изменения частоты и амплитуды. «После того, как вы полностью управляемый микро-робот, вы можете представить себя много интересного», — сказала она.
Другие исследователи работали на микро-роботов, которые используют магнитные поля, чтобы произвести движение, отметил Ансари. В то время как это полезно для перемещения всей стаи сразу, магнитные силы не могут легко быть использованы для решения отдельных роботов в стае. Микро-щетинки-боты, созданные Ансари и ее команда считаются самыми маленькими роботами питание от вибрации.
Микро-щетинки-боты примерно на два миллиметра в длину, 1.8 мм шириной и 0,8 мм толщиной, и весит около пяти миллиграммов. 3D-принтер может произвести более мелких роботов, но с уменьшением массы, силы сцепления между миниатюрными устройствами и поверхности может быть очень большой. Иногда, микро-боты не могут быть отделены от пинцета, используемого, чтобы забрать их.
Ансари и ее команда строили «площадку», в которой множество микро-роботы могут передвигаться, как ученые узнают больше о том, что они могут сделать. Они также заинтересованы в развитии микро-ботов, которые могут прыгать и плавать.
«Мы можем посмотреть на коллективное поведение муравьев, например, и применяем то, чему научились от них, чтобы наши маленькие роботы», — добавила она. «Эти микро-щетинки-ботов красиво ходить в лабораторных условиях, но есть намного больше, мы должны сделать, прежде чем они могут выйти во внешний мир.»
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!