De ontwerptheorie achter een paar kleine, op insecten geïnspireerde robots zou op een dag hun weg kunnen vinden naar milieumonitoring, chirurgische procedures en zoek- en reddingsmissies – en dat allemaal terwijl ze naar verluidt records zouden vestigen in het proces. De twee bots, gemodelleerd naar een mini-bug en een waterstrider, wegen respectievelijk acht en 55 milligram en zouden volgens de Washington State University ‘s werelds “kleinste, lichtste en snelste volledig functionele” microrobots kunnen zijn.
Ontwikkeld door een team van WSU-onderzoekers en onlangs gepresenteerd op de internationale conferentie over intelligente robots en systemen van de IEEE Robotics and Automation Society, is de jeugd van de robots grotendeels te danken aan hun nieuwe bewegingsactuatoren die elk minder dan een milligram wegen. Om de onderdelen te construeren, vertrouwde de groep onder leiding van universitair hoofddocent techniek Nestor O. Perez-Arancibia op een materiaal dat bekend staat als een vormgeheugenlegering. Hoewel legeringen met vormgeheugen van vorm veranderen bij verhitting, kunnen ze hun oorspronkelijke vormen “onthouden” en na afkoeling weer terugkeren. Hierdoor hebben de twee microbots geen standaardmotoren nodig en dus geen grote bewegende delen.
[Related: Bat-like echolocation could help these robots find lost people.]
Zowel de mini-bug- als de waterstrider-robotactuatoren bestaan uit twee legeringsdraden met vormgeheugen, 1/1000 inch brede draden. Kleine elektrische stromen verwarmen en koelen de draden, waardoor de actuatoren hun vinnen of ledematen maar liefst 40 keer per seconde kunnen bewegen terwijl ze meer dan 150 keer hun gewicht tillen.
“Ze zijn mechanisch heel sterk. De ontwikkeling van een zeer lichtgewicht actuator opent nieuwe gebieden in de microrobotica”, legt Conor Trygstad, een doctoraatsstudent in mechanische en materiaalkunde en hoofdauteur van het onderzoek, uit in een recente WSU-spot.
Maar hoewel de robots indrukwekkend zijn vergeleken met hun mechanische tegenhangers, is het paar “nog steeds [lag] achter hun biologische familieleden”, gaf Trygstad toe.
Beide machines kunnen momenteel hun omgeving doorkruisen met een snelheid van ongeveer zes millimeter per seconde; Ter vergelijking: een mier van vijf milligram loopt ongeveer een meter per seconde. Een deel van deze beperking is te wijten aan het ontwerp van de microrobot: de waterloopbot kan met zijn ledematen zwaaien om door het water te bewegen, maar zijn natuurlijke inspiratie gebruikt feitelijk zijn benen om te peddelen om veel sneller te bewegen. Voorlopig hebben de robots ook bedrade voedingen nodig, waardoor implementaties in de echte wereld voorlopig ernstig worden verhinderd.
In de toekomst is het team echter van plan andere soorten kevers na te bootsen en tegelijkertijd een nieuwe versie van de waterhoos te creëren die kan schakelen tussen bewegen boven en onder het wateroppervlak. Vertrouwen op katalytische verbranding of het integreren van kleine batterijen kan ook de bruikbaarheid en het gebruiksbereik van robots aanzienlijk vergroten. Als innovatieve ontwerpen blijven verbeteren, zouden soortgelijke microrobots op een dag kunnen worden ingezet om moeilijk bereikbare of gevaarlijke omgevingen te monitoren, te helpen bij miniatuurfabricagetechnieken en chirurgische procedures, en zelfs te helpen bij kunstmatige bestuivingspogingen.