Ein vierbeiniger Roboter mit Soft-Aktuatoren kann beim Kriechen oder Springen von einem Ort zum anderen bis zum 22-fachen seines Körpergewichts tragen.
Mobile, zentimetergroße Roboter finden zahlreiche Einsatzmöglichkeiten in einer Reihe von Branchen, darunter Landwirtschaft, Gesundheitswesen, Exploration und Kommunikation. Stellen Sie sich eine Flotte kleiner Roboter vor, die gefährliche oder unzugängliche Orte erkunden. Da Batterien und andere Energiequellen eine geringe Energiedichte aufweisen, sind Roboter dieser Größenordnung traditionell auf kraftbegrenzte Mikroaktuatortechnologien angewiesen.
Die Taktrate, Kraft oder Verschiebung anderer Mikroaktoren, die in der Robotik verwendet werden, wie etwa elektrostatische, thermische und magnetische Typen, reichen nicht aus, um wichtigere Aufgaben zu erfüllen.
Darüber hinaus nehmen Leistung und Belastbarkeit von Aktoren mit zunehmender Baugröße ab.
Diese Probleme wurden von Forschern der Cornell University gelöst, die als Berater für Abschlussarbeiten fungierten. Beispielsweise hat Methanol eine viel höhere Energiedichte als Lithiumbatterien, die eine Energiedichte von nur 1,0 MJ/kg haben. Der hier gezeigte 29 mm große Vierbeiner-Roboter mit Aktoren an zwei Vorder- und Hinterbeinen wurde von Aubin, Shepherd und Kollegen unter Verwendung eines leichten (325 mg) Mikroaktors gebaut und seine Integration in ein Arbeitsmodell demonstriert.
Jeder Mikroaktuator kann in Submillisekundenimpulsen eine Größenordnung mehr Kraft erzeugen, als aktuelle Aktuatoren vergleichbarer Größe, Gewicht oder Zusammensetzung erzeugen können (d. h. 9 N).
Um die Mikroaktoren anzutreiben, erstellten die Forscher eine 3D-gedruckte Brennkammer, in die eine gasförmige Kombination aus Methan und Sauerstoff durch Rohre gepumpt wird. Anschließend wird zwischen zwei Kammerelektroden ein kleiner Funke erzeugt, der das Methan entzündet. Oben in der Kammer befindet sich eine Elastomermembran, die wie ein Kolben durch die Produktgase der exothermen Reaktion aufgeblasen und ausgedehnt wird. Die Explosion kann einen Aktuator aktivieren, Objekte starten oder andere Aufgaben ausführen. Wenn Gase aus der Kammer freigesetzt werden, entleert sich die Membran und signalisiert damit den Beginn eines neuen Zyklus.
Die Forscher demonstrierten Aktuatorauslenkungen von 140 %, was höher ist als bei modernen Mikroaktuatoren. Sie waren auch in der Lage, die Leistung des Aktuators abzustimmen, indem sie ihn mit verschiedenen Frequenzen und Kraftstoffkonzentrationen betrieben. Dank seiner Anpassungsfähigkeit war der Roboter in der Lage, durch Kriechen oder Springen durch verschiedene Gelände zu navigieren. Der Roboter konnte das 20-fache bzw. das 5,5-fache seiner Körperlänge bzw. 59 cm hoch bzw. 16 cm nach vorne springen. Darüber hinaus konnte es eine Last heben, die das 22-fache seines Eigengewichts betrug.
Die Temperatur des Roboters stieg so weit an, dass er den Raum kontinuierlich entzündete, wenn er mit Frequenzen über 50 Hz betrieben wurde. Unterhalb dieser Frequenz zeigte das Gerät eine gute Ausdauer. In einem ihrer Tests ließ das Team den vierbeinigen Roboter 8,5 Zyklen lang über 750.000 Stunden laufen.
Quelle: Physik heute
📩 18/09/2023 09:29