Американські і китайські інженери розробили прототип мініатюрного м'якого робота розміром з комаху з полімерних матеріалів, який за рахунок ефекту електростатичного прилипання може пересуватися так само проворно як мурахи і таргани. Робот рухається вперед за рахунок коливання п'єзоелектричної плівки, яка входить до складу його тіла, і здійснює повороти за рахунок електростатичних майданчиків на кінцях передніх ніг. Напруга, що подається на ноги робомуравья, здатна збільшувати силу тертя між ступнями робота і поверхнею по якій він пересувається за рахунок електростатичних сил, що виникають при цьому. При маневруванні в тестах робот зміг досягти величини центростремного прискорення 28 довжин тіла на секунду в квадраті, що наближається до значень характерних для деяких комах, наприклад мурашок. Робот може рухатися складними траєкторіями через лабіринт, долати невеликі перешкоди, а також нести на собі корисне навантаження, що перевищує його власну вагу, наприклад газовий сенсор для вимірювання концентрації небезпечних речовин у приміщенні. Стаття опублікована в журналі.
Інженери давно працюють над мініатюризацією роботів. Маленькі розміри дають очевидну перевагу при проникненні в недоступні для великих пристроїв місця. Наприклад, мініатюрних роботів планують використовувати для внутрішньої діагностики обладнання, для розвідки, і в операціях порятунку для обстеження зруйнованих в результаті землетрусів будівель в пошуках людей, що вижили.
У багатьох варіантах практичного застосування маленьких роботів важливі такі характеристики як швидкість і маневреність, які дозволяють швидко змінювати траєкторію руху, обходити перешкоди і підійматися у важкодоступні місця. За цими параметрами багато існуючих мініроботів досі поступаються живим істотам схожих розмірів, наприклад комахам. Для роботів, зроблених з м'яких матеріалів, ця проблема ще істотніша, оскільки недостатня жорсткість конструкції не дозволяє точно керувати їх рухами.
Американські і китайські інженери під керівництвом Лівей Ліня (Liwei Lin) з Каліфорнійського університету в Берклі розробили прототип м'якого мініатюрного робота, який при русі використовує стратегію, аналогічну застосовуваній мурахами. Ці комахи можуть змінювати силу тертя між лапками і поверхнею за рахунок виділення секрету. Завдяки цьому вони пересуваються з великою швидкістю і можуть легко і швидко змінювати напрямок руху.
Робот складається з плоского тіла, задньої ноги і двох передніх ніг з майданчиками у формі крапель на кінцях ніг, якими робот спирається на поверхню. Тіло робота має розміри 3 сантиметри в довжину і 1.5 сантиметри в ширину і вагу 65 міліграм. Воно складається з трьох полімерних шарів: тонкого шару полівініліденфториду (PVDF) товщиною 18 мікрометрів, що володіє п'єзоелектричними властивостями, з розташованими зверху і знизу тонкоплівковими металевими електродами (обидва електроди з шарів титану і золота), що скріплює силіконового шару (25 мікрометрів) і шару з поліетилентерефалату (Pругостя для ПРИДДЛЯ). При підведенні до електродів тіла змінної напруги з резонансною частотою п'єзоелектрична пластина починає розтягуватися і стискатися, згинаючись періодично то в одному, то в протилежному напрямку. В результаті робот починає рух вперед, відштовхуючись від поверхні, розташованими знизу ногами.
Ступні передніх мають форму крапель для більшого контакту з поверхнею і складаються з полііміду з нанесеним зверху металевим електродом. Задня нога - це шматок плівки з PET висотою 3,5 міліметра, прикріплений до хвостової частини робота. Підведення керуючих сигналів здійснюється через підключені до електродів дроти.
Прикладаючи до передніх ніг робота постійну напругу, можна змінювати силу тертя між ступнями робота і поверхнею за рахунок явища електроадгезії - взаємного тяжіння за рахунок електростатичних сил. Коли рівень постійної напруги на ногах дорівнює нулю робомуравей рухається прямолінійно. Асиметрична зміна рівня напруги на лівій і правій нозі призводить до несиметричності в розподілі сил тертя між ногами і поверхнею і тим самим стає можливим керувати напрямком руху робота.
Тести, проведені на поверхні паперу, металу (сплав InSnBi) і полімеру полівінілхлориду, показали, що найбільший внесок у силу тертя за рахунок електростатичного прилипання (0,9 мілліньютонів при 250 вольтах постійної напруги на ногах) виходить на металевій поверхні. При цьому на поверхні полімеру висока сила тертя навіть при нульовій керуючій напрузі на ногах робота досягається за рахунок сильної шорсткості поверхні.
Розробники провели ряд тестів на різних поверхнях, щоб визначити маневреність робота. У ролі кількісного заходу було обрано значення центростремного прискорення, яке розвиває робот при виконанні поворотів. Найбільше значення вдалося отримати на металевій поверхні при 250 вольтах керуючої напруги на ногах робота і амплітуді змінної напруги 500 вольт. Воно склало 28 довжин тіла на секунду в квадраті, що вище ніж у більшості раніше створених м'яких роботів і можна порівняти з кращими роботами з жорстких матеріалів, а також з комахами, в тому числі з мурахами. Найбільша лінійна швидкість склала 7,5 довжин тіла в секунду. Крім того, робот виявився досить міцним. Він зміг витримати вагу людини (55 кілограм), яка наступила на нього, після чого продовжити рух, а також долати невеликі перешкоди висотою 2,4 міліметра.
Крім цього, розробники представили автономну версію робота, не пов'язану проводами з джерелом напруги. Схема пристрою вагою 240 міліграмів аналогічна дротовій версії з невеликими змінами, необхідними для посилення конструкції. При цьому робот несе на собі обладнання вагою 1,66 грамів: акумулятор ємністю 40 міліампер-годину, два фотоелементи і плату з керуючою схемою. Додаткову вагу знизив швидкість робота до приблизно 1,2 довжин тіла в секунду. Аналогова схема з підключеними до неї з протилежних сторін корпусу фотоелементами дозволяє керувати напругою на ногах робота за допомогою лазерного променя. Засвічування променем лазера фотоелемента з одного боку призводить до повороту робота в протилежному напрямку.
Інженери також продемонстрували і приклад практичного застосування робота. Наприклад, робот здатний нести на собі в якості корисного навантаження газовий сенсор і проводити пошук джерела витоку газу в приміщенні. У проведеному експерименті робот за допомогою газового сенсора шукав джерело етанолу в лабіринті, роблячи зупинки і вимірюючи його концентрацію в різних точках свого маршруту.
Інженери з Бельгії та Франції теж використовували лазерний промінь для управління роботом. Їхня система ThermoBot дозволяє керувати мікророботами, що плавають на поверхні води, за допомогою інфрачервоного лазера, а в основі лежить ефект виникнення термокапілярних конвекційних потоків у воді через зміну величини поверхневого натягнення при нагріванні.