Seit 2013 entwickeln Harvard-Forscher den RoboBee; eine winzige Roboterbiene, die als fliegender Bot begann und letztes Jahr lernte, wie man sich mit statischer Elektrizität an Wänden festhält. Jetzt haben die winzigen Maschinen schwimmen gelernt.
Forscher haben die neueste Version von RoboBee enthüllt. Mit einer Höhe von nur zwei Zentimetern ist das Leichtgewicht 1.000-mal leichter als alle bisherigen Flug- und Schwimmroboter.
Der neue Roboter wird in einem Artikel in der Zeitschrift Science Robotics beschrieben , und das Team hinter seinem neuen Design hofft, dass es in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird, von Such- und Rettungsaktionen bis hin zur Untersuchung der Umwelt.
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„Dies ist der erste Mikroroboter, der sich wiederholt in und durch komplexe Umgebungen bewegen kann“, sagte Dr. Yufeng Chen, der zum Zeitpunkt der Durchführung der Forschung Doktorand im Microrobotics Lab bei SEAS war und der Erstautor des Artikels ist. „Wir haben neue Mechanismen entwickelt, die es dem Fahrzeug ermöglichen, direkt vom Wasser in die Luft überzugehen, etwas, das die Natur in der Welt der Insekten übertrifft.“
Da der Roboter so winzig ist, war es eine knifflige Aufgabe, die Oberflächenspannung von Wasser zu überwinden. Das Problem wurde behoben, indem vier Schwimmhilfen, „Floaties“, und eine Kammer, die Wasser in Knallgas umwandelt, angebracht wurden.
Die Kammer hilft dabei, die Flügel aus dem Wasser zu drücken, und die „Schwimmkörper“ halten den Roboter stabil, wenn er an der Oberfläche ist.
„Durch die Änderung des Fahrzeugdesigns können wir jetzt mehr als die dreifache Nutzlast des vorherigen RoboBee heben“, sagt Chen. „Diese zusätzliche Nutzlastkapazität ermöglichte es uns, die zusätzlichen Geräte einschließlich der Gaskammer, der Elektrolyseplatten, des Zünders und der schwimmfähigen Ausleger zu transportieren, wodurch das Gesamtgewicht des Hybridroboters auf 175 Milligramm erhöht wurde, etwa 90 mg schwerer als frühere Konstruktionen. Wir hoffen, dass unsere Arbeit zur Untersuchung von Kompromissen wie Gewicht und Oberflächenspannung zukünftige multifunktionale Mikroroboter inspirieren kann – solche, die sich auf komplexem Terrain bewegen und eine Vielzahl von Aufgaben ausführen können.“
Auch Knallgas aus dem Wasser dient dem Roboter als Treibstoff.
„Da die RoboBee eine begrenzte Nutzlastkapazität hat, kann sie keinen eigenen Treibstoff transportieren, also mussten wir uns eine kreative Lösung einfallen lassen, um Ressourcen aus der Umwelt zu nutzen“, sagt Elizabeth Farrell Helbling, Doktorandin im Microrobotics Lab und Co-Autorin des Papiers. „Die Oberflächenspannung ist etwas, das wir überwinden müssen, um aus dem Wasser zu kommen, aber sie ist auch ein Werkzeug, das wir während des Gassammlungsprozesses nutzen können.“
Der Roboter kann nicht direkt vom Wasser zum Fliegen übergehen, aber das ist eines der Ziele des Teams.
„Die RoboBee stellt eine Plattform dar, auf der Kräfte anders sind als das, was wir – auf menschlicher Ebene – gewohnt sind zu erleben“, sagt Robert Wood, Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften in Harvard und leitender Autor des Artikels. Es musste auch genau lernen, wie schnell es mit den Flügeln schlägt, die perfekte Balance zwischen dem Fliegen durch Luft und dichtem Wasser.
„Beim Fliegen fühlt sich der Roboter an, als würde er auf der Stelle treten; Beim Schwimmen fühlt es sich an, als wäre es von Melasse umgeben“, sagte Wood. „Die Kraft der Oberflächenspannung fühlt sich an wie eine undurchdringliche Wand. Diese kleinen Roboter geben uns die Möglichkeit, diese nicht intuitiven Phänomene auf sehr reichhaltige Weise zu erforschen.“