Hemos visto RoboBees que pueden volar, pegarse a las paredes y sumergirse en el agua. Ahora, prepárese para un RoboBee híbrido que puede volar, sumergirse en el agua, nadar, impulsarse fuera del agua y aterrizar de manera segura.
Los nuevos dispositivos flotantes permiten que esta microrobot de aire-agua multipropósito se estabilice en la superficie del agua antes de que un sistema de combustión interna se encienda para impulsarla de vuelta al aire.
Este RoboBee de última generación, que es 1,000 veces más ligero que cualquier robot aéreo-acuático anterior, podría usarse para numerosas aplicaciones, desde operaciones de búsqueda y rescate hasta monitoreo ambiental y estudios biológicos.
La investigación se describe en Ciencia Robótica . Fue dirigido por un equipo de científicos de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard y el Instituto Wyss de Ingeniería Biológica en Harvard.
"Este es el primer microrobot capaz de moverse repetidamente en y a través de entornos complejos", dijo Yufeng Chen, quien era un estudiante graduado en el Laboratorio de Microrobotics en SEAS cuando se realizó la investigación y es el primer autor del artículo ". Diseñamosnuevos mecanismos que permiten que el vehículo pase directamente del agua al aire, algo que está más allá de lo que la naturaleza puede lograr en el mundo de los insectos ".
Diseñar un robot de tamaño milimétrico que se mueva dentro y fuera del agua tiene numerosos desafíos. Primero, el agua es 1,000 veces más densa que el aire, por lo que la velocidad de aleteo del ala debe variar ampliamente entre los dos medios. Si la frecuencia de aleteo es demasiado baja, el RoboBee no puede volar. Si es demasiado alto, el ala se romperá en el agua.
Combinando modelos teóricos y datos experimentales, los investigadores encontraron la combinación de goldilocks del tamaño del ala y la velocidad de aleteo, escalando el diseño para permitir que la abeja opere repetidamente tanto en aire como en agua. Usando esta estrategia de locomotora multimodal, el robot aleteaalas a 220 a 300 hertz en aire y nueve a 13 hertz en agua.
Otro desafío importante que el equipo tuvo que abordar: a escala milimétrica, la superficie del agua también podría ser una pared de ladrillos. La tensión superficial es más de 10 veces el peso del RoboBee y tres veces su elevación máxima. La investigación previa demostró cómoel impacto y los bordes afilados pueden romper la tensión superficial en la entrada de un RoboBee al agua, pero la pregunta seguía siendo: ¿cómo vuelve a salir?
Para resolver ese problema, los investigadores adaptaron el RoboBee con cuatro estabilizadores flotantes, esencialmente flotadores robóticos, y una cámara central de recolección de gas. Una vez que el RoboBee nada hacia la superficie, una placa electrolítica en la cámara convierte el agua en oxihidrógeno, uncombustible combustible gaseoso
"Debido a que RoboBee tiene una capacidad de carga útil limitada, no puede transportar su propio combustible, por lo que tuvimos que encontrar una solución creativa para explotar los recursos del medio ambiente", dijo Elizabeth Farrell Helbling, estudiante graduada en el Laboratorio de Microrobotics y compañía.-autor del artículo: "La tensión superficial es algo que tenemos que superar para salir del agua, pero también es una herramienta que podemos utilizar durante el proceso de recolección de gas".
El gas aumenta la flotabilidad del robot, empujando las alas fuera del agua y los flotadores estabilizan el RoboBee en la superficie del agua. Desde allí, un pequeño y novedoso chispador dentro de la cámara enciende el gas, impulsando el RoboBee fuera del agua.El robot está diseñado para estabilizarse pasivamente en el aire, de modo que siempre aterrice sobre sus pies.
"Al modificar el diseño del vehículo, ahora podemos levantar más de tres veces la carga útil del RoboBee anterior", dijo Chen. "Esta capacidad de carga adicional nos permitió transportar los dispositivos adicionales, incluida la cámara de gas, las placas electrolíticas, chispas y estabilizadores flotantes, elevando el peso total del robot híbrido a 175 miligramos, aproximadamente 90 mg más pesados que los diseños anteriores. Esperamos que nuestro trabajo de investigación de compensaciones como el peso y la tensión superficial pueda inspirar futuros microrobots multifuncionales, que puedenmoverse en terrenos complejos y realizar una variedad de tareas "
Debido a la falta de sensores a bordo y las limitaciones en el sistema de seguimiento de movimiento actual, el RoboBee aún no puede volar inmediatamente después de la propulsión fuera del agua, pero el equipo espera cambiar eso en futuras investigaciones.
"El RoboBee representa una plataforma donde las fuerzas son diferentes de lo que nosotros, a escala humana, estamos acostumbrados a experimentar", dijo Robert Wood, profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Charles River en Harvard, miembro de la Facultad del Instituto Wyssy autor principal del artículo: "Al volar, el robot se siente como si estuviera pisando agua; mientras nada, se siente como si estuviera rodeado de melaza. La fuerza de la tensión superficial se siente como una pared impenetrable. Estos pequeños robots nos dan la oportunidadexplorar estos fenómenos no intuitivos de una manera muy rica "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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