18/01/2024
Door Ad Spijkers
Twee insectachtige robots, een mini-wants en een schaatsenrijder, zijn volgens de ontwikkelaars de kleinste, lichtste en snelste micro-robots ooit.
Wetenschappers aan de Washington State University (WSU) hebben twee insect-achtige robots ontwikkeld. De mini-want heeft een massa van 8 mg, de schaatsenrijder brengt 55 mg op de weegschaal. Beide kunnen zich met een snelheid van ongeveer 6 mm/s voortbewegen. Dat is snel vergeleken met andere micro-robots op deze schaal, hoewel ze nog steeds achterblijven bij hun biologische verwanten. Een mier weegt doorgaans maximaal g mb en kan zich met een snelheid van bijna 1 m/s voortbewegen. Dergelijke miniatuurrobots zouden ooit kunnen worden gebruikt voor kunstmatige bestuiving, zoek- en reddingsacties, omgevingsbewaking, microfabricage of door robots ondersteunde chirurgie.
Actuatoren
De sleutel tot kleine robots zijn de actuatoren die de robots laten bewegen. De onderzoekers gebruikten een nieuwe fabricagetechniek om de actuator te miniaturiseren tot minder dan 1 mg. Volgens hen is het de kleinste en snelste die ooit voor microrobotica zijn ontwikkeld. De actuator maakt gebruik van vormgeheugenlegering die bij verhitting van vorm kan veranderen. Het wordt 'vormgeheugen' genoemd omdat het zich zijn oorspronkelijke vorm herinnert en daarnaar naar terugkeert. In tegenstelling tot een typische motor die een robot zou voortbewegen, hebben deze legeringen geen bewegende delen of draaiende componenten.
De actuatoren zijn mechanisch gezond; de ontwikkeling van dergelijke lichtgewicht actuatoren opent nieuwe domeinen in de microrobotica. Legeringen met vormgeheugen worden over het algemeen niet gebruikt voor grootschalige robotbewegingen omdat ze te langzaam zijn. In het geval van deze insectachtig robots zijn de actuatoren gemaakt van twee kleine draadjes van een vormgeheugenlegering met een diameter van 25 µm.
Met een kleine stroom kunnen de draden gemakkelijk worden verwarmd en afgekoeld, waardoor de robots met hun vinnen kunnen klapperen of hun voeten tot wel veertig keer per seconde kunnen bewegen. In voorlopige tests kon de actuator ook meer dan 150 keer zijn eigen gewicht tillen. Vergeleken met andere technologieën die worden gebruikt om robots te laten bewegen, heeft de geheugenlegering slechts een geringe hoeveelheid elektriciteit of warmte nodig om ze te laten bewegen. Er zijn dus veel minder geavanceerde systemen nodig om ze van stroom te voorzien.
Ontwikkeling
Een van de onderzoekers is een fervent vliegvisser en observeert al lang schaatsenrijders en wilde hun bewegingen graag verder bestuderen. Terwijl de robot-schaatsenrijder een vlakke flapperende beweging maakt om zichzelf te verplaatsen, maakt het natuurlijke insect een efficiëntere roeibeweging met zijn benen. Dat is een van de redenen dat het echte insect veel sneller kan bewegen.
De onderzoekers willen graag nog een ander insect kopiëren en een robot van het type schaatsenrijder ontwikkelen die zowel over de bovenkant van het wateroppervlak als er net onder kan bewegen. Ze werken er ook aan om kleine batterijen of katalytische verbranding te gebruiken om de robots volledig autonoom en los van een stroomvoorziening te maken.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: WSU Photo Services