Устойчивая ошибка

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Шмели — неуклюжие летчики. Подсчитано, что пчела-собирательница натыкается на цветок примерно раз в секунду, что со временем повреждает ее крылья. Тем не менее, несмотря на множество крошечных разрывов и дырок на крыльях, шмели все равно могут летать.

С другой стороны, воздушные роботы не столь устойчивы. Проделайте дырки в двигателях крыльев робота или отрежьте часть его пропеллера, и велика вероятность, что он заземлится.

Вдохновленные выносливостью шмелей, исследователи Массачусетского технологического института разработали методы ремонта, которые позволяют воздушному роботу размером с жука выдерживать серьезные повреждения приводов или искусственных мышц, приводящих в движение его крылья, но при этом продолжать эффективно летать.

Они оптимизировали эти искусственные мышцы, чтобы робот мог лучше изолировать дефекты и преодолевать незначительные повреждения, такие как крошечные отверстия в приводе. Кроме того, они продемонстрировали новый метод лазерного ремонта, который может помочь роботу оправиться от серьезного повреждения, например, от пожара, который обжигает устройство.

Используя их методы, поврежденный робот мог сохранять производительность на уровне полета после того, как в одну из его искусственных мышц проткнули 10 игл, а привод все еще мог работать после того, как в нем была прожжена большая дыра. Их методы ремонта позволили роботу продолжать летать даже после того, как исследователи отрезали 20 процентов кончика его крыла.

Это может помочь стаям крошечных роботов лучше выполнять задачи в сложных условиях, например, проводить поисковые миссии в разрушающемся здании или густом лесу.

«Мы потратили много времени на понимание динамики мягких искусственных мышц, и благодаря новому методу изготовления и новому пониманию мы можем продемонстрировать уровень устойчивости к повреждениям, сравнимый с уровнем устойчивости насекомых», — говорит Кевин Чен, доктор медицинских наук. Рид Уидон-младший, доцент кафедры электротехники и информатики (EECS), руководитель лаборатории программной и микроробототехники в Научно-исследовательской лаборатории электроники (RLE) и старший автор статьи об этих последних достижения. «Мы очень воодушевлены этим. Но насекомые все же превосходят нас в том смысле, что могут потерять до 40 процентов своего крыла и при этом продолжать летать. Нам еще есть над чем поработать».

Чен написал статью вместе с ведущими авторами Суханом Кимом и И-Сюань Сяо, аспирантами EECS; Ёнхун Ли, постдок; Вейкунь «Спенсер» Чжу, аспирант кафедры химического машиностроения; Чжицзянь Рен, аспирант EECS; и Фарназ Нируи, доцент кафедры EECS Массачусетского технологического института по развитию карьеры Э.Э. Ландсмана и член RLE. Статья появилась сегодня в журнале Science Robotics.

Технология ремонта роботов

Крошечные прямоугольные роботы, разрабатываемые в лаборатории Чена, примерно такого же размера и формы, как микрокассета, хотя один робот весит немногим больше скрепки для бумаг. Крылья на каждом углу приводятся в действие приводами из диэлектрического эластомера (DEA), которые представляют собой мягкие искусственные мышцы, использующие механические силы для быстрого взмаха крыльев. Эти искусственные мышцы сделаны из слоев эластомера, которые зажаты между двумя тонкими, как бритва, электродами, а затем свернуты в мягкую трубку. При подаче напряжения на ДЭА электроды сжимают эластомер, который взмахивает крылом.

Но микроскопические дефекты могут вызвать искры, которые сожгут эластомер и приведут к выходу устройства из строя. Около 15 лет назад исследователи обнаружили, что они могут предотвратить сбои DEA из-за одного крошечного дефекта, используя физическое явление, известное как самоочистка. В этом процессе подача высокого напряжения на DEA отключает локальный электрод вокруг небольшого дефекта, изолируя этот дефект от остальной части электрода, поэтому искусственная мышца продолжает работать.