Инженеры представили метод массового производства четвероногих микророботов
Американские инженеры научились создавать большие партии микророботов, имеющих размер около 70 микрометров и способных перемещаться. Для движения в роботе предусмотрены актуаторы и отдельные солнечные панели для каждого из них. Метод позволяет одновременно создавать тысячи таких роботов на одной подложке, а затем одновременно высвобождать их, рассказывают авторы в интервью New Atlas. Разработка была представлена на мартовской встрече Американского физического общества (APS).
Обновлено: в августе 2020 года статья опубликована в Nature.
На сегодняшний день абсолютное большинство медицинских операций производится с помощью больших инструментов или неинвазивных методов, таких как радиотерапия. Однако многие области медицины нуждаются в инструментах, подразумевающих прямой контакт с внутренними органами человека, но в то же время не настолько больших, как существующая медицинская аппаратура. В качестве решения этой проблемы инженеры стали разрабатывать микророботов, способных проводить исследования или простые манипуляции внутри человеческого тела. В этой области уже существует достаточно много разработок, но пока они обладают типичными технологическими недостатками. К примеру, зачастую они не оборудованы собственными устройствами для движения и перемещаются по телу под действием внешнего магнитного поля, а также не могут запасать или получать энергию из внешних источников.
Группа инженеров из Корнеллского университета под руководством Итая Коэна (Itai Cohen) разработала метод, позволяющий массово создавать микророботов, способных самостоятельно двигаться и получать энергию для этого через лазерный луч. Инженеры не раскрывают всех подробностей разработки, но все же рассказали об основных особенностях метода. По-видимому, роботы создаются с помощью одного из литографических методов, при котором структура устройства задается с помощью лазерного, ультрафиолетового или другого излучения, проходящего через маску. Во время такой процедуры могут происходить множество последовательных этапов, при которых из заготовки удаляются или на нее добавляются определенные структуры.
Роботы имеют размер около 70 микрометров в длину. Его большая часть состоит из стеклянной подложки и кремниевых чипов, в том числе платы управления и четырех солнечных панелей. Солнечные панели необходимы роботу для приведения в движение четырех актуаторов. Они состоят из двух слоев: платинового и титанового. Во время облучения лазерным лучом солнечные панели производят электрический ток, заставляющий платиновый слой актуатора расширяться. Поскольку титановый слой при этом почти не расширяется, весь актуатор в целом изгибается. Комбинация четырех отдельных солнечных панелей позволяет задавать походку — не одновременные периодические движения актуаторов.
Инженеры отмечают, что актуаторы требуют около 200 милливольт напряжения для своей работы, поэтому их легко интегрировать с электронными схемами и не обязательно использовать объемные схемы для преобразования напряжения. При этом актуатор имеет большую мощность, если принимать во внимание его размер. По расчетам авторов, один актуатор способен поднять груз с массой, в восемь тысяч превышающую его собственную. Исследователи также показали, как можно одновременно высвобождать тысячи роботов с подложки при ее растворении:
Ранее другие инженеры уже создавали функциональных микророботов с двигающимися частями. К примеру, в 2017 году китайские инженеры создали микроробота с двумя «руками» на шарнирах, приводимыми в движение с помощью внешнего магнитного поля. Разработчики проверили работу робота в разных условиях, в том числе в крови, где, возможно, будет применяться робот.
Григорий Копиев
Это помогло увеличить время полета
Инженеры из компании Elythor разработали квадрокоптер-конвертоплан, оснащенный четырьмя поворачиваемыми крыльями. Они могут независимо друг от друга складываться вдоль корпуса или отклоняться на 90 градусов, превращая дрон в биплан. Бортовая электроника дрона отслеживает положение корпуса, а также скорость и направление ветра, в реальном времени подстраивая положения крыльев под эти условия. Благодаря этому удается повысить стабильность полета и снизить энергопотребление. Описание квадрокоптера приведено в диссертации разработчика. Инженеры давно разрабатывают дроны с гибридной конструкцией, которые совмещают преимущества мультикоптеров, способных вертикально взлетать и садиться, с возможностью полета на дальние дистанции, которой обладают дроны самолетного типа. Обычно у гибридов есть крылья и поворотные винты, которые разворачиваются в нужном направлении в зависимости от режима полета. В другом варианте используется две группы винтов, одна из которых работает только в режиме висения Несмотря на универсальность гибридных дронов, они имеют и недостатки. Из-за больших габаритов в мультикоптерном режиме у них низкая маневренность и высокая парусность по сравнению с дронами без крыльев. Поэтому их сложно использовать в ограниченном пространстве, а вне помещений в режиме висения гибриды тратят больше энергии на борьбу с ветром, что снижает продолжительность полета. Выход из этой ситуации предложили инженеры из стартапа Elythor, созданного сотрудниками Федеральной политехнической школы Лозанны. Они разработали квадрокоптер Morpho, со складными крыльями, которые автоматически адаптируются к ветру и режиму полета. Всего у дрона массой 3,8 килограмма четыре подвижных крыла, по два с каждой стороны фюзеляжа. Сервомоторы могут независимо отклонять каждое из крыльев на 90 градусов. Четыре винта дрона расположены как и у обычного квадрокоптера на концах крестообразной рамы и вращаются 500-ваттными электромоторами. Заряда аккумуляторов прототипа хватает на 17 минут полета. Садится дрон на хвост, а в качестве опор могут использоваться отклоненные назад крылья. В полностью сложенном состоянии крылья расположены вдоль фюзеляжа дрона. При переходе к горизонтальному полету они поворачиваются перпендикулярно корпусу, превращая дрон в биплан. Бортовая электроника отслеживает положение дрона в пространстве, определяет направление и скорость ветра, воздействующего на корпус, и исходя из этого подстраивает углы отклонения крыльев. Так, например, в режиме висения, когда требуется сохранять стабильность полета, крылья остаются сложенными вдоль корпуса, чтобы снизить парусность дрона. Однако, если необходимо совершить поворот вокруг вертикальной оси алгоритм с помощью сервомоторов отклоняет то или иное крыло в нужный момент, используя их в качестве парусов. Таким образом ветер помогает дрону совершать необходимые маневры, снижая нагрузку на моторы. По словам разработчиков, благодаря этому при сильном ветре расход энергии во время вертикального полета можно снизить до 85 процентов. Разработчики предполагают, что основным применением Morpho станет инспекция расположенных на больших площадях инженерных сооружений, например, электростанций и высоковольтных линий электропередач. После вертикального взлета дрон будет подлетать к нужным объектам, проводить их обследование с помощью камер, а затем перелетать к следующей цели, используя горизонтальный полет, если она располагается достаточно далеко. https://www.youtube.com/watch?v=tOUkn7YmYV4 Для дронов, которые планируется использовать в тесных помещениях, на первый план выходит безопасность полета. Инженеры из компании Cleo Robotics создали дрон, несущие винты которого находятся внутри пончикообраного корпуса. Благодаря этому они надежно защищены от столкновений с окружающими предметами.
