Chiamatelo il big bang per i robot delle dimensioni di un insetto: I ricercatori della Cornell University hanno combinato microattuatori morbidi con carburante chimico ad alta densità di energia per creare un robot quadrupede delle dimensioni di un insetto alimentato dalla combustione e in grado di superare, sollevare, flettere e superare i suoi concorrenti elettrici.
Questo robot quadrupede a combustione è capace di movimenti a più andature e può saltare 60 centimetri in aria, o circa 20 volte la sua lunghezza corporea. Credito immagine: Cornell University
Il documento del gruppo, “Attuatori potenti e a combustione morbida per robot a misura di insetto“, è stato pubblicato il 14 settembre su Science. L’autore principale è il ricercatore post-dottorato Cameron Aubin, Ph.D. ’23.
Il progetto è stato guidato da Rob Pastoreprofessore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale alla Cornell Engineering, il cui Laboratorio di robotica organica ha precedentemente utilizzato la combustione per creare a display braille per l’elettronica.
Come sa chiunque abbia visto una formica portare via il cibo da un picnic, gli insetti sono molto più forti di quanto suggeriscano le loro piccole dimensioni. Tuttavia, i robot su quella scala devono ancora raggiungere il loro pieno potenziale.
Una delle sfide è che “i motori e le pompe non funzionano davvero quando li riduci a queste dimensioni”, ha detto Aubin, quindi i ricercatori hanno cercato di compensare creando meccanismi su misura per svolgere tali funzioni. Finora, la maggior parte di questi robot è stata collegata alle proprie fonti di energia, solitamente elettricità.
“Abbiamo pensato che l’utilizzo di un carburante chimico ad alta densità di energia, proprio come lo metteremmo in un’automobile, sarebbe stato un modo per aumentare la potenza e le prestazioni di bordo di questi robot”, ha affermato.
“Non stiamo necessariamente sostenendo il ritorno dei combustibili fossili su larga scala, ovviamente. Ma in questo caso, con questi minuscoli robot, dove un millilitro di carburante potrebbe portare a un’ora di funzionamento, invece di una batteria troppo pesante per essere sollevata dal robot, è un gioco da ragazzi”.
Anche se il team deve ancora creare un modello completamente libero – Aubin dice che sono a metà strada – l’attuale iterazione “strozza assolutamente la concorrenza, in termini di produzione di forza”.
Il robot a quattro zampe, lungo poco più di un pollice e pesa l’equivalente di una graffetta e mezza, è stampato in 3D con una resina ignifuga. Il corpo contiene una coppia di camere di combustione separate che conducono ai quattro attuatori, che fungono da piedi.
Ogni attuatore/piede è un cilindro cavo ricoperto da un pezzo di gomma siliconica, come la pelle di un tamburo, sul fondo. Quando l’elettronica esterna viene utilizzata per creare una scintilla nelle camere di combustione, vengono accesi metano e ossigeno premiscelati, la reazione di combustione gonfia la pelle del tamburo e il robot si solleva in aria.
Gli attuatori del robot sono in grado di raggiungere 9,5 newton di forza, rispetto a circa 0,2 newton di quelli di altri robot di dimensioni simili. Funziona anche a frequenze superiori a 100 hertz, raggiunge spostamenti del 140% e può sollevare 22 volte il suo peso corporeo.
“Il fatto di essere alimentati dalla combustione consente loro di fare molte cose che i robot su questa scala non sono ancora in grado di fare”, ha detto Aubin.
“Possono navigare su terreni davvero difficili e superare ostacoli. È un maglione incredibile per le sue dimensioni. È anche molto veloce a terra. Tutto ciò è dovuto alla densità di forza e alla densità di potenza di questi attuatori azionati da carburante”.
Il design dell’attuatore consente inoltre un elevato grado di controllo. Essenzialmente ruotando una manopola, l’operatore può regolare la velocità e la frequenza della scintilla, o variare l’alimentazione del carburante in tempo reale, innescando una gamma dinamica di risposte.
Un po’ di carburante e qualche scintilla ad alta frequenza fanno svolazzare il robot sul terreno. Aggiungi un po’ più di carburante e meno scintille e il robot rallenterà e salterà. Aumenta completamente il carburante e dagli una buona scintilla e il robot salterà 60 centimetri in aria, circa 20 volte la sua lunghezza corporea, secondo Aubin.
“Eseguire tutti questi movimenti a più andature è qualcosa che normalmente non si vede con i robot su questa scala”, ha detto Aubin. “Sono crawler o saltatori, ma non entrambi.”
I ricercatori immaginano di mettere insieme ancora più attuatori in serie parallele in modo che possano produrre articolazioni sia molto fini che molto potenti su scala macro.
Il team prevede inoltre di continuare a lavorare sulla creazione di una versione senza vincoli. Questo obiettivo richiederà il passaggio da un combustibile gassoso a un combustibile liquido che il robot potrà portare a bordo, insieme a componenti elettronici più piccoli.
“Tutti indicano questi robot a misura di insetto come oggetti che potrebbero essere utilizzati per la ricerca e il salvataggio, l’esplorazione, il monitoraggio ambientale, la sorveglianza, la navigazione in ambienti austeri”, ha detto Aubin.
“Pensiamo che gli aumenti di prestazione che abbiamo dato a questo robot utilizzando questi carburanti ci avvicinino alla realtà dove ciò è effettivamente possibile.”
Fonte: Università Cornell
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
