مکاترونیک نیوز | دانشمندان موفق به ساخت میکروربات حشرات شدند که مجهز به محرک‌های الاستومری دی الکتریک الکترولومینسانس است
محققان MIT که روی میکروربات حشرات یا رباتهای کوچک (از لحاظ اندازه، هم سایز حشرات هستند) کار میکنند، با ساختن یک میکروربات پرنده که مانند کرم شب تاب، نور را هنگام پرواز ساطع می‌کند، از طبیعت الهام گرفته‌اند. این رویکرد نوآورانه در رباتیک می‌تواند به تسهیل ردیابی حرکت آسان و افزایش ظرفیت ارتباطی میکروربات‌ها کمک کند.
این رباتهای کوچک با استفاده از ماهیچه‌های مصنوعی نرم ساخته شده از محرک‌های الاستومری دی الکتریک الکترولومینسانس هستند و می‌توانند پتانسیل پرواز به صورت دسته جمعی را داشته باشند.
به تازگی مروری دقیق از این تحقیق در نشریه‌های علمی منتشر شده است.
ویژگی‌های میکروربات حشرات
در میکروربات حشرات، بال‌های آن ساطع‌کننده نور است. همچنین این ربات‌ها پتانسیل برقراری ارتباط با یکدیگر را دارند. برای مثال اگر به یک ماموریت جستجو و نجات در یک منطقه خطرناک فرستاده شوند، آنها می‌تواند در یک منطقه وسیع پخش شوند و اگر بازماندگان پیدا شوند، این ربات‌ها می‌توانند به بقیه سیگنال دهند و از نور الکتریسیته خود برای درخواست کمک استفاده کنند.
کوین چن، استادیار گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر و رئیس آزمایشگاه رباتیک نرم و میکرو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک می‌گوید:
«اگر به رباتهای همانند حشرات در سایز بزرگ فکر می‌کنید، آنها می‌توانند با استفاده از بسیاری از ابزارهای مختلف مانند بلوتوث، بی‌سیم و همه چیز ارتباط برقرار کنند. اما برای یک ربات در اندازه کوچک و با قدرت محدود، ما مجبوریم به روش‌های ارتباطی جدید فکر کنیم. این یک گام بزرگ به سمت پرواز این ربات‌ها در محیط‌های بیرونی است که در آن سیستم ردیابی حرکتی به‌خوبی تنظیم شده است.»
یکی دیگر از ویژگی‌های منحصربه‌فرد میکروربات حشرات این است که وزن این نوع ربات‌ها به اندازه یک گیره کاغذ است؛ زیرا ماهیچه‌های مصنوعی ذرات الکترولومینسانس را در خود جای داده‌اند. بنابراین تنها 2.5 درصد وزن را به میکروربات پرنده اضافه می‌کند و هیچ تاثیری بر عملکرد پرواز یا چابکی آن ندارد.
کاربرد میکروربات حشرات
با این فناوری پیشرفته، وزن سبک و بال‌های ساطع کننده نور آن، ربات همانند حشرات به زودی می‌توانند در خارج از آزمایشگاه مستقر شوند. به طور معمول، برای ردیابی این دستگاه‌ها، معمولاً به دوربین های مادون قرمز بی‌دست و پا و دست و پا گیر نیاز است که برای عملیات در فضای باز مناسب نیستند.
با این حال، این رویکرد نوآورانه به این معنی است که رباتهای الکترولومینسانس را می توان تنها با سه دوربین گوشی هوشمند و یک برنامه ردیابی کرد.
محدودیت‌های میکروربات حشرات
برای ساخت موفقیت‌آمیز محرک‌های ساطع‌کننده نور، این تیم باید بر یک سری چالش‌ها غلبه می‌کرد؛ زیرا ذرات سولفات روی الکترولومینسانس تنها زمانی می‌درخشیدند که یک میدان الکتریکی قوی و با فرکانس بالا تامین شود.
محققان از ولتاژهای بالا برای تولید میدان الکتریکی در محرک نرم استفاده کردند که به اندازه کافی قوی بود تا ربات را با فرکانس بالا تغذیه کند. این روند به ذرات اجازه می‌دهد تا نوری درخشان از خود ساطع کنند.
همچنین آنها مجبور بودند یک الکترود شفاف بسازند تا نور بتواند به راحتی از میان محرک‌ها عبور کند. این امر با استفاده از نانولوله‌های کربنی به دست آمد که به نور اجازه نفوذ به بال‌ها را می‌داد.
کوین چن، استادیار گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر و رئیس آزمایشگاه رباتیک نرم و میکرو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک می‌گوید:
«به طور سنتی، مواد الکترولومینسانس از نظر انرژی بسیار پرهزینه هستند، اما به یک معنا، ما آن الکترولومینسانس را به صورت رایگان دریافت می‌کنیم؛ زیرا فقط از میدان الکتریکی در فرکانس مورد نیاز برای پرواز استفاده می‌کنیم. ما به محرک جدید، سیم جدید یا چیز دیگری نیاز نداریم. برای تابش نور فقط حدود 3 درصد انرژی بیشتری لازم است.»
راهکارهای عملی برای میکروربات حشرات
تیم تحقیقاتی از اینکه چگونه محرک‌ها در طول مراحل نمونه‌سازی در نتیجه ذرات روی به راحتی شکسته می‌شوند، شگفت‌زده شدند. در همین سوهان کیم (از محققان تیم پژوهشی)، تنها با اعمال ذرات روی بر روی لایه الاستومری بالایی، این مشکل را حل کرد. سپس آن لایه را چند میکرومتر ضخیم‌تر کرد تا کاهش قدرت را جبران کند.
سوهان کیم، دانشجوی فارغ التحصیل EECS می‌گوید:
«ما برای حفظ کیفیت لایه‌های الاستومری بین الکترودها دقت زیادی می‌کنیم. افزودن این ذرات تقریباً مانند افزودن گرد و غبار به لایه الاستومری بود. این روش‌های مختلف و آزمایش‌های زیادی را در پی داشت، اما ما راهی برای اطمینان از کیفیت محرک پیدا کردیم.»
محققان همچنین دریافتند که نور بسته به ترکیب شیمیایی ذرات روی تغییر رنگ می هد. این امر آنها را قادر می سازد تا محرک‌هایی با رنگ‌های ثابت و به صورت مختلف تولید کنند و با تنظیم روش ساخت، آنها می‌توانند نمایشگرهای نوری چند رنگ تولید کنند.
سیستم ردیابی که از دوربین‌های گوشی‌های هوشمند استفاده می‌کند، بسیار مؤثر است؛ زیرا می‌توانست میکروربات‌ها را در فاصله ۲ میلی‌متری پیچیده‌ترین سیستم‌های دوربین IR ردیابی کند.
کوین چن، استادیار گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر و رئیس آزمایشگاه رباتیک نرم و میکرو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک می‌گوید:
«ما بسیار مفتخریم که نتیجه ردیابی در مقایسه با پیشرفته‌ترین نتایج خوب داشته است. ما از سخت‌افزار ارزان‌قیمت استفاده می‌کردیم، در مقایسه با ده‌ها هزار دلار هزینه این سیستم‌های بزرگ ردیابی حرکت و نتایج ردیابی بسیار نزدیک بود.»
مرحله بعدی بهبود سیستم ردیابی حرکت است، به طوری که میکروربات حشرات را می‌توان در سناریوهای بلادرنگ در خارج از آزمایشگاه ردیابی کرد و روشی را که کرم شب تاب در طبیعت انجام می دهد، با هم ارتباط داد.
درواقع، تیم تحقیقاتی بر این باور است که بردن ربات‌ها به بیرون از آزمایشگاه می‌تواند نشان دهد که این فناوری چقدر می‌تواند در کاربردهای دنیای واقعی مؤثر باشد که نشان‌دهنده یک پیشرفت مهم برای کوین چن و تیمش خواهد بود.
خبرنگار: مریم آموت سر
منبع خبر: www.azorobotics.com
