Primeiro no vôo: RoboBee

A visão de um RoboBee encostado na parede ou colidindo com uma caixa de vidro pode ter desencadeado pânico nos pesquisadores do Harvard Microrobotics Laboratory da Harvard John A. Paulson Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS), mas não mais.

Pesquisadores do SEAS e do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada desenvolveram um RoboBee resiliente, alimentado por músculos artificiais macios que podem colidir com paredes, cair no chão e colidir com outros RoboBees sem sofrer danos. É o primeiro microrobot acionado por atuadores suaves a obter vôo controlado.

"Houve um grande esforço no campo da microrrobótica para transformar robôs móveis em atuadores flexíveis porque eles são muito resistentes", disse Yufeng Chen, ex-estudante de graduação e pós-doutorado no SEAS e primeiro autor do artigo. “No entanto, muitas pessoas no campo têm ceticismo de que poderiam ser usadas para robôs voadores, porque a densidade de potência desses atuadores simplesmente não foi alta o suficiente e são notoriamente difíceis de controlar. Nosso atuador possui densidade de potência e capacidade de controle suficientemente altas para alcançar um vôo flutuante. ”

A pesquisa é publicada na Nature.

Para resolver o problema da densidade de potência, os pesquisadores desenvolveram os atuadores macios acionados eletricamente desenvolvidos no laboratório de David Clarke, professor de materiais da família Extended Tarr. Esses atuadores macios são feitos com elastômeros dielétricos, materiais macios com boas propriedades isolantes, que se deformam quando um campo elétrico é aplicado.

Ao melhorar a condutividade do eletrodo, os pesquisadores conseguiram operar o atuador a 500 Hertz, a par dos atuadores rígidos usados ​​anteriormente em robôs semelhantes.

Outro desafio ao lidar com atuadores flexíveis é que o sistema tende a se curvar e a se tornar instável. Para resolver esse desafio, os pesquisadores construíram uma estrutura leve com um pedaço de fio de restrição vertical para impedir que o atuador dobre.

Os atuadores flexíveis podem ser facilmente montados e substituídos nesses robôs de pequena escala. Para demonstrar várias capacidades de vôo, os pesquisadores construíram vários modelos diferentes do RoboBee de potência suave. Um modelo de duas asas poderia decolar do chão, mas não tinha controle adicional. Um modelo de quatro asas e dois atuadores poderia voar em um ambiente desordenado, superando várias colisões em um único vôo.

"Uma vantagem dos robôs de pequena escala e baixa massa é a resistência a impactos externos", disse Elizabeth Farrell Helbling, ex-estudante de graduação da SEAS e coautora do artigo. “O atuador suave oferece um benefício adicional porque pode absorver o impacto melhor do que as estratégias de atuação tradicionais. Isso seria útil em aplicativos em potencial, como voar pelos escombros para missões de busca e salvamento. ”

Um modelo de oito asas e quatro atuadores demonstrou o vôo flutuante controlado, o primeiro para um microrobô voador de potência suave.

Em seguida, os pesquisadores pretendem aumentar a eficiência do robô de potência suave, que ainda fica muito atrás dos robôs voadores mais tradicionais.

"Atuadores suaves com propriedades semelhantes a músculos e ativação elétrica representam um grande desafio em robótica", disse Robert Wood, professor de Engenharia e Ciências Aplicadas da Charles River no SEAS, membro do corpo docente do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada e autor sênior da o papel. "Se pudéssemos projetar músculos artificiais de alto desempenho, o céu é o limite para quais robôs poderíamos construir".

O Escritório de Desenvolvimento de Harvard protegeu a propriedade intelectual relacionada a este projeto e está explorando oportunidades de comercialização.