Packa na muchy powinna być ostatnią rzeczą, z którą spotka się latający robot ważący mniej niż jedną piątą grama. Tymczasem wspomniani naukowcy postanowili potraktować swoje dzieło właśnie takim narzędziem, a później sprawdzili, czy nadal będzie w stanie latać. Najbardziej zaskakujące w tym eksperymencie jest jednak to, że uzyskana wytrzymałość nie wynika z zastosowania jakiegoś wyjątkowo odpornego pancerza. Wręcz przeciwnie.
Zamiast klasycznego napędu robot dostał sztuczne mięśnie
Opracowany przez specjalistów robot waży zaledwie 185 miligramów, czyli 0,185 grama, i bazuje na elastycznych polimerach. Konstruktorzy zrezygnowali z klasycznego silnika, przekładni i sztywnych elementów przenoszących napęd na skrzydła. Zamiast tego wykorzystali cienką warstwę polimeru ferroelektrycznego, która odkształca się pod wpływem pola elektrycznego dzięki zjawisku elektrostrykcji.
Czytaj też: Amazon ma już milion robotów. Teraz chce użyć ich doświadczenia do uczenia kolejnych
W dużym uproszczeniu taki materiał działa jak sztuczny mięsień, który bezpośrednio wprawia skrzydła w ruch. Same skrzydła również są nietypowe, bo mają stożkowaty kształt i częściowo odkształcają się podczas każdego machnięcia. W jednej fazie ruchu częściowo się składają, a w drugiej rozkładają, dzięki czemu powstaje aerodynamiczna asymetria pozwalająca generować siłę nośną. Efekt? Robot osiągnął w eksperymentach siłę nośną odpowiadającą trzykrotności własnego ciężaru, a podczas samodzielnego startu wznosił się ze średnią prędkością około 0,4 m/s.
Co szczególnie mi się podoba, to fakt, że naukowcy rozwiązali jednocześnie dwa problemy. Uprościli bowiem napęd i pozbyli się części podatnych na uszkodzenia mechanizmów, a jednocześnie stworzyli konstrukcję, która potrafi odkształcać się podczas kontaktu z przeszkodami. Podobną filozofię opisywałem już przy miękkim robocie, który samodzielnie wykonuje kolejne skoki, choć tam podstawą działania było wykorzystanie energii świetlnej. W obu jednak przypadkach właściwości materiału zastępują część zadań tradycyjnych mechanizmów.
Zmiażdżyli go dwoma kilogramami. Robot nadal latał
Najbardziej imponujący eksperyment nie dotyczył jednak samego latania. Naukowcy uderzali robota packą na muchy, doprowadzali do kolizji z przeszkodami, a nawet spłaszczali go obciążeniem o masie około 11000 razy większej od jego własnej. Mówimy więc o ciężarze ponad dwóch kilogramów przyłożonym do konstrukcji, która sama waży mniej niż dwie dziesiąte grama.
Czytaj też: Przyjdzie robot i złoi nas baseballem. Jego prawdziwy przełom kryje się w ramionach
Robot mimo tego wszystkiego przetrwał te próby i zachował zdolność do lotu. Jakim cudem? Jego elementy mogą się wyginać i odzyskiwać pierwotny kształt bez trwałego uszkodzenia. Zamiast więc walczyć z każdą działającą siłą, konstrukcja częściowo ustępuje pod jej wpływem. Jest to o tyle istotne, że w przypadku robota mającego poruszać się w ciasnych przestrzeniach kontakt z otoczeniem będzie czymś zupełnie naturalnym.
Nie oznacza to oczywiście, że naukowcy stworzyli niezniszczalną maszynę. Testy potwierdziły odporność na określone uderzenia i obciążenia, ale niewiele mówią o wieloletniej trwałości polimerów, zmęczeniu materiału wskutek milionów cykli pracy czy odporności na temperaturę i zabrudzenia.
Największy problem tego robota drzemie w…
Obecny prototyp robota otrzymuje energię przez zewnętrzne przewody, nie ma własnego akumulatora ani kompletnego systemu sterowania lotem. Naukowcy muszą dopiero opracować skuteczne manewrowanie, kontrolowane lądowanie i znaleźć miejsce na elektronikę oraz sensory. Wszystko to zwiększy masę, która w tak niewielkiej konstrukcji ma przecież ogromne znaczenie.
Czytaj też: Ten robot nie ma akumulatora. Zamiast tego kradnie energię z podłoża podczas chodzenia
Wspomniana trzykrotność siły nośnej względem ciężaru również nie daje gwarancji, że robot bez problemu uniesie akumulator i dodatkowe wyposażenie. Każdy gram, a właściwie każdy miligram, zmienia wymagania względem napędu, a dodatkowe obciążenie ogranicza zapas siły potrzebnej do manewrowania. Dochodzi też problem zapotrzebowania energetycznego i miniaturyzacji układów zasilania. Dlatego na takie np. autonomiczne mechaniczne owady przeznaczone do poszukiwania ludzi w gruzowiskach, kontrolowania upraw czy monitorowania środowiska przyjdzie nam jeszcze poczekać.
Źródła: Science Robotics, UC Davis, Tech Xplore
