eng
Просмотры: 187
10.04.2023
Новые методы самовосстановления позволяют микромасштабным роботам восстанавливать полет после серьезных повреждений искусственных мышц, которые приводят в движение их крылья.
Новые методы самовосстановления позволяют микромасштабным роботам восстанавливать полет после серьезных повреждений искусственных мышц, которые приводят в движение их крылья.
Шмели - неуклюжие летуны. Подсчитано, что пчела-кормилица натыкается на цветок примерно раз в секунду, что со временем повреждает ее крылья. Однако, несмотря на множество мелких прорех и отверстий в крыльях, шмели все равно могут продолжать летать.
Вдохновленные выносливостью шмелей, исследователи Массачусетского технологического института разработали методы ремонта, которые позволяют воздушному роботу размером с жука выдерживать серьезные повреждения актуаторов, или искусственных мышц, которые приводят в движение его крылья, но при этом эффективно летать. Они оптимизировали искусственные мышцы, чтобы робот мог лучше изолировать дефекты и преодолевать небольшие повреждения, например, крошечные отверстия в актуаторе. Кроме того, они продемонстрировали новый метод лазерного ремонта, который может помочь роботу восстановиться после серьезных повреждений, таких как огонь, частично испепеляющий устройство. С помощью новых методов поврежденный робот смог сохранить работоспособность после того, как в одну из его искусственных мышц ввели 10 игл, а привод остался работоспособным после того, как в нем прожгли большое отверстие. Методы ремонта позволили роботу продолжать полет даже после того, как исследователи отрезали 20 процентов площади его крыла. Это может сделать рои крошечных роботов более способными выполнять задачи в сложных условиях, например, проводить поисковые работы в разрушающемся здании или густом лесу. "Мы потратили много времени на изучение динамики мягких искусственных мышц и, благодаря новому методу изготовления и новому пониманию, мы можем показать уровень устойчивости к повреждениям, сравнимый с насекомыми", - утверждает Кевин Чен, доцент кафедры электротехники в Исследовательской лаборатории электроники. "Мы очень рады этому, но насекомые все еще превосходят нас в том смысле, что они могут потерять до 40 процентов крыла и все равно летать. Нам все еще нужно много работать, чтобы достичь таких же показателей".
Крошечные прямоугольные роботы, разрабатываемые в лаборатории Чена, весят едва ли больше канцелярской скрепки. Крылья на каждом углу робота приводятся в движение актуаторами из диэлектрического эластомера. Они представляют собой мягкие искусственные мышцы, использующие механические силы для быстрого взмаха крыльев. Эти искусственные мышцы сделаны из слоев эластомера, и помещены между двумя тонкими электродами, а затем свернуты в мягкую трубку. Когда подается напряжение, электроды сжимают эластомер, что приводит к взмахам крыльев.
Однако, микроскопические дефекты могут вызвать искры, которые сжигают эластомер и выводят устройство из строя. Около 15 лет назад исследователи обнаружили, что они могут предотвратить подобные отказы из-за одного крошечного дефекта с помощью физического явления, известного как самоочистка. В этом процессе подача высокого напряжения на эластомер отключает локальный электрод вокруг небольшого дефекта, изолируя этот дефект от остальной части электрода, так что искусственная мышца продолжает работать.
Чен и его команда использовали этот процесс самоочистки в своих методах ремонта роботов. Была оптимизирована концентрация углеродных нанотрубок, из которых состоят электроды. Углеродные нанотрубки - это сверхпрочные, но чрезвычайно крошечные рулоны углерода. Меньшее количество углеродных нанотрубок в электроде улучшает самоочистку, поскольку они достигают более высоких температур и легче сгорают. Недостатком является снижение удельной мощности электропривода.
Однако даже оптимизированный эластомер может выйти из строя, если он получит серьезные повреждения, например, большое отверстие, пропускающее слишком много воздуха внутрь устройства. Для лечения крупных дефектов исследователи использовали лазер. Им аккуратно вырезают крупный дефект по внешним контурам, что вызывает незначительные повреждения по периметру. Затем применяют самоочистку, чтобы сжечь слегка поврежденный электрод, изолируя более крупный дефект. В некотором роде, это операции на искусственных мышцах.
Вскоре разработчики придумали новое «ноу хау» - Опираясь на предыдущие работы, они встроили в привод электролюминесцентные частицы, равномерно излучающие свечение по всей площади крыльев. Теперь, если от робота-жука исходит свет, ясно, что часть привода работает, а темные пятна означают, что они успешно изолировали эти участки.
По материалам: Science Robotics
Шмели - неуклюжие летуны. Подсчитано, что пчела-кормилица натыкается на цветок примерно раз в секунду, что со временем повреждает ее крылья. Однако, несмотря на множество мелких прорех и отверстий в крыльях, шмели все равно могут продолжать летать.
Вдохновленные выносливостью шмелей, исследователи Массачусетского технологического института разработали методы ремонта, которые позволяют воздушному роботу размером с жука выдерживать серьезные повреждения актуаторов, или искусственных мышц, которые приводят в движение его крылья, но при этом эффективно летать. Они оптимизировали искусственные мышцы, чтобы робот мог лучше изолировать дефекты и преодолевать небольшие повреждения, например, крошечные отверстия в актуаторе. Кроме того, они продемонстрировали новый метод лазерного ремонта, который может помочь роботу восстановиться после серьезных повреждений, таких как огонь, частично испепеляющий устройство. С помощью новых методов поврежденный робот смог сохранить работоспособность после того, как в одну из его искусственных мышц ввели 10 игл, а привод остался работоспособным после того, как в нем прожгли большое отверстие. Методы ремонта позволили роботу продолжать полет даже после того, как исследователи отрезали 20 процентов площади его крыла. Это может сделать рои крошечных роботов более способными выполнять задачи в сложных условиях, например, проводить поисковые работы в разрушающемся здании или густом лесу. "Мы потратили много времени на изучение динамики мягких искусственных мышц и, благодаря новому методу изготовления и новому пониманию, мы можем показать уровень устойчивости к повреждениям, сравнимый с насекомыми", - утверждает Кевин Чен, доцент кафедры электротехники в Исследовательской лаборатории электроники. "Мы очень рады этому, но насекомые все еще превосходят нас в том смысле, что они могут потерять до 40 процентов крыла и все равно летать. Нам все еще нужно много работать, чтобы достичь таких же показателей".
Крошечные прямоугольные роботы, разрабатываемые в лаборатории Чена, весят едва ли больше канцелярской скрепки. Крылья на каждом углу робота приводятся в движение актуаторами из диэлектрического эластомера. Они представляют собой мягкие искусственные мышцы, использующие механические силы для быстрого взмаха крыльев. Эти искусственные мышцы сделаны из слоев эластомера, и помещены между двумя тонкими электродами, а затем свернуты в мягкую трубку. Когда подается напряжение, электроды сжимают эластомер, что приводит к взмахам крыльев.
Однако, микроскопические дефекты могут вызвать искры, которые сжигают эластомер и выводят устройство из строя. Около 15 лет назад исследователи обнаружили, что они могут предотвратить подобные отказы из-за одного крошечного дефекта с помощью физического явления, известного как самоочистка. В этом процессе подача высокого напряжения на эластомер отключает локальный электрод вокруг небольшого дефекта, изолируя этот дефект от остальной части электрода, так что искусственная мышца продолжает работать.
Чен и его команда использовали этот процесс самоочистки в своих методах ремонта роботов. Была оптимизирована концентрация углеродных нанотрубок, из которых состоят электроды. Углеродные нанотрубки - это сверхпрочные, но чрезвычайно крошечные рулоны углерода. Меньшее количество углеродных нанотрубок в электроде улучшает самоочистку, поскольку они достигают более высоких температур и легче сгорают. Недостатком является снижение удельной мощности электропривода.
Однако даже оптимизированный эластомер может выйти из строя, если он получит серьезные повреждения, например, большое отверстие, пропускающее слишком много воздуха внутрь устройства. Для лечения крупных дефектов исследователи использовали лазер. Им аккуратно вырезают крупный дефект по внешним контурам, что вызывает незначительные повреждения по периметру. Затем применяют самоочистку, чтобы сжечь слегка поврежденный электрод, изолируя более крупный дефект. В некотором роде, это операции на искусственных мышцах.
Вскоре разработчики придумали новое «ноу хау» - Опираясь на предыдущие работы, они встроили в привод электролюминесцентные частицы, равномерно излучающие свечение по всей площади крыльев. Теперь, если от робота-жука исходит свет, ясно, что часть привода работает, а темные пятна означают, что они успешно изолировали эти участки.
По материалам: Science Robotics
Комментарии читателей
