Een vierpotige robot met zachte actuatoren kan tot 22 keer zijn lichaamsgewicht dragen terwijl hij van de ene plaats naar de andere kruipt of springt.
Mobiele robots op centimeterschaal worden op talloze manieren gebruikt in een groot aantal sectoren, waaronder de landbouw, de gezondheidszorg, de exploratie en de communicatie. Stel je een vloot kleine robots voor die gevaarlijke of ontoegankelijke locaties verkennen. Omdat batterijen en andere energiebronnen een lage energiedichtheid hebben, vertrouwen robots van deze schaal traditioneel op krachtgelimiteerde microactuatortechnologieën.
De cyclussnelheid, kracht of verplaatsing van andere microactuators die in de robotica worden gebruikt, zoals elektrostatische, thermische en magnetische typen, zijn onvoldoende om belangrijkere taken uit te voeren.
Bovendien nemen het uitgangsvermogen en het draagvermogen van actuatoren af naarmate ze kleiner worden.
Deze problemen werden opgelost door onderzoekers van Cornell University die als scriptieadviseurs dienden. Methanol heeft bijvoorbeeld een veel hogere energiedichtheid dan lithiumbatterijen, die een energiedichtheid hebben van slechts 1,0 MJ/kg. De hier getoonde 29 mm hoge viervoeterrobot, met actuatoren op twee voorpoten en twee achterpoten, werd gebouwd door Aubin, Shepherd en collega's met behulp van een lichtgewicht (325 mg) microactuator en de integratie ervan in een werkend model werd gedemonstreerd.
Door elke microactuator kan in pulsen van minder dan een milliseconde een orde van grootte meer kracht worden gegenereerd dan huidige actuatoren van vergelijkbare grootte, gewicht of samenstelling kunnen produceren (d.w.z. 9 N).
Om de micro-actuatoren van stroom te voorzien, creëerden de onderzoekers een 3D-geprinte verbrandingskamer waarin een gasvormige combinatie van methaan en zuurstof door buizen wordt gepompt. Er wordt dan een kleine vonk gegenereerd tussen twee kamerelektroden om het methaan te ontsteken. Bovenaan de kamer wordt een elastomeermembraan, zoals een zuiger, opgeblazen en uitgezet door de productgassen van de exotherme reactie. De explosie kan een actuator activeren, objecten lanceren of andere taken uitvoeren. Wanneer er gassen uit de kamer vrijkomen, loopt het membraan leeg, wat het begin van een nieuwe cyclus aangeeft.
De onderzoekers hebben actuatorverplaatsingen van 140% aangetoond, wat hoger is dan moderne microactuators. Ze waren ook in staat de prestaties van de actuator af te stemmen door deze op verschillende frequenties en brandstofconcentraties te laten werken. Dankzij zijn aanpassingsvermogen kon de robot door verschillende terreinen navigeren door te kruipen of te springen. De robot kon respectievelijk 20 en 5,5 keer zijn lichaamslengte springen, oftewel 59 cm hoog en 16 cm naar voren. Bovendien kon het een last 22 keer zijn eigen gewicht tillen.
De temperatuur van de robot steeg tot het punt waarop hij de kamer consequent in brand stak wanneer hij werd gebruikt op frequenties hoger dan 50 Hz. Het apparaat vertoonde een goed uithoudingsvermogen onder deze frequentie. In een van hun tests liet het team de vierpotige robot gedurende 8,5 uur 750.000 cycli uitvoeren.
Bron: Physics Today
📩 18/09/2023 09:29