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微型振动动力机器人大小堪称世界上最小的蚂蚁

2021-08-18 来源:金州机械信息网

微型振动动力机器人,大小堪称世界上最小的蚂蚁

研究人员创造了一种新型的微型3D打印机器人,该机器人可以利用压电致动器,超声源甚至微型扬声器的振动来运动。这些“微型硬毛机器人”可能会协同工作,以感知环境变化,搬运材料,或者也许有一天会修复人体内的伤害。

该原型的机器人不同的响应振动频率取决于它们的结构,从而允许研究人员通过调整振动控制单个机器人中国机械网okmao.com。尽管它们的体积很小,但它们的长度大约为2毫米(大约相当于世界上最小的蚂蚁的大小),它们可以在一秒钟内覆盖四倍于自身长度。

佐治亚理工学院电气与计算机工程学院的助理教授Azadeh Ansari表示:“我们正在努力使该技术变得强大,并且我们正在考虑许多潜在的应用程序。”

“我们正在力学,电子学,生物学和物理学的交汇处工作。这是一个非常富饶的领域,并且有很多涉及多学科概念的空间。”

描述微鬃机器人的论文已被接受发表在微机械与微工程杂志上。这项研究得到了佐治亚理工学院电子和纳米技术研究所的种子资助。除Ansari之外,研究团队还包括George W. Woodruff机械工程学院副教授Jun Ueda和研究生DeaGyu Kim和Zhijian(Chris)Hao。

研究人员创造了一种新型的微型3D打印机器人,该机器人可以利用压电致动器,超声源甚至微型扬声器的振动来运动。这些“微型硬毛机器人”可能会协同工作,以感知环境变化,搬运材料,或者也许有一天会修复人体内的伤害。

微型刷毛机器人由一个压电执行器组成,该执行器被粘贴到聚合物主体上,该主体使用双光子聚合光刻(TPP)进行3D打印。

执行器产生振动并由外部供电,因为没有足够小的电池可装到机器人上。振动也可能来自机器人运动表面下方的压电振动器,超声波/声波源,甚至是微型扬声器。

振动使弹性腿向上和向下移动,从而推动微型机器人前进。每个机器人可以设计为响应不同的振动频率,具体取决于腿的大小,直径,设计和整体几何形状。振动的幅度控制着微型机器人的移动速度。

Ansari解释说:“随着微型鬃毛机器人的上下运动,通过优化腿部的外观(例如刷毛),垂直运动转化为定向运动。” “微型机器人的支腿设计有特定的角度,可以使它们弯曲并在一个方向上移动,以响应振动。”

特写照片显示了一个微型猪鬃机器人,它的长度约为2毫米,大约相当于世界上最小的蚂蚁的大小。

微型刷毛机器人是在3D打印机中使用TPP工艺制造的,TPP工艺是一种聚合单体树脂材料的技术。一旦树脂块被紫外线照射的部分化学显影后,其余部分就可以洗掉,剩下所需的机械手结构。

“这是写作,而不是传统的光刻,”安萨里解释说。“剩下的是用激光在树脂材料上书写的结构。该过程现在需要花费相当长的时间,因此我们正在研究扩大规模以一次制造数百或数千个微型机器人的方法。”

一些机器人有四个腿,而其他机器人有六个腿。第一作者DeaGyu Kim制作了数百个微小的结构来确定理想的配置。

在美分旁边显示了一个微型猪鬃机器人,用于尺寸比较。图片提供:艾莉森·卡特(Allison Carter)

该压电致动器锆钛酸铅(PZT)时,会振动。相反,当它们受到振动时,它们也可以用来产生电压,这是微型鬃毛机器人在受到外部振动驱动时可以用来为车载传感器加电的能力。

Ansari和她的团队正在努力通过将两个稍有不同的微型猪鬃机器人连接在一起来增加机器人的转向能力。因为每个连接的微型机器人都会响应不同的振动频率,所以可以通过改变频率和幅度来操纵组合。她说:“一旦有了一个完全可操纵的微型机器人,就可以想象做很多有趣的事情。”

安萨里指出,其他研究人员也在研究利用磁场产生运动的微型机器人。尽管这对于一次移动整个群集很有用,但磁力无法轻易用于对群集中的各个机器人进行寻址。Ansari和她的团队创造的微型鬃毛机器人被认为是最小的由振动驱动的机器人。

佐治亚理工学院的研究人员Azadeh Ansari,DeaGyu Kim和Zhijian(Chris)Hao在一个旨在容纳压电致动器声音的腔室内测试了微型猪鬃机器人。图片提供:佐治亚理工学院的Allison Carter

微型鬃毛机器人的长度大约为2毫米,宽为1.8毫米,厚为0.8毫米,重约5毫克。3-D打印机可以生产出较小的机器人,但由于质量减轻,微型设备与表面之间的附着力会变得非常大。有时,微型机器人无法与用来拾取微型镊子的镊子分开。

安萨里(Ansari)和她的团队建立了一个“游乐场”,随着研究人员更多地了解他们可以做什么,多个微型机器人可以在其中移动。他们还对开发可以跳跃和游泳的微型机器人感兴趣。

她补充说:“例如,我们可以查看蚂蚁的集体行为,并将从它们中学到的知识应用到我们的小机器人上。” “这些微型硬毛机器人在实验室环境中行走很好,但是在它们进入外界之前,我们还有很多事情要做。”

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