Крошечный робот RoBeetle «питается» метанолом
Исследователи из Лаборатории автономных микророботов (AMSL) Университета Южной Калифорнии представили самого маленького и лёгкого в мире робота. Масса робожука RoBeetle составляет всего 88 мг. При этом он полностью автономен и работает на жидком топливе — например, на метиловом спирте.
Корпус RoBeetle представляет собой топливный бак квадратной формы, который заполняют метиловым спиртом при помощи шприца. Внешне робот напоминает маленького жука с четырьмя лапами. Задняя пара ног робота зафиксирована, а передняя соединена с пружиной и прикреплена к трансмиссии.
В RoBeetle используется «искусственная мышца» — провод из нитинола, никель-титанового сплава с памятью формы (SMA), который удлиняется при нагревании и сжимается при охлаждении. Трансмиссия открывает вентиляционное отверстие, позволяя метанолу испаряться. Пары метанола проходят мимо провода из SMA, который покрыт платиной, выполняющей роль катализатора. В результате окисления метанола выделяется большое количество тепла. Всего за секунду или две температура провода SMA повышается до 100ºС, и он расширяется, приводя в движение передние ноги и закрывая вентиляционное отверстие. Реакция прекращается, провод остывает и сжимается, открывая отверстие, и цикл повторяется.
Максимальная скорость перемещения робожука за один цикл составляет 0,76 мм/с. Увеличить её, как пишет IEEE Spectrum, можно лёгким ветерком. Это связано с тем, что воздух, движущийся по проводу SMA, охлаждает его немного быстрее, а также сдувает пары метанола, полностью останавливая реакцию.
RoBeetle может нести топливо в 2,6 раз больше собственного веса, и для испарения полного бака метанола требуется примерно 155 минут. Как пишут специалисты Университета, большинство современных роботов работает на электричестве. Однако аккумуляторов, которые обеспечивали бы необходимую мощность в масштабе RoBeetle, пока не существует. Поэтому RoBeetle — первый автономный робот такого рода. Все остальные роботы с таким же весом привязаны к внешнему источнику питания.
«Этот факт легко понять, если сравнить энергию батарей с естественными источниками энергии для насекомых. Например, удельная энергия глюкозы примерно в 20 раз больше, чем у лучших доступных в настоящее время батарей (около 38 против 1,8 МДж/кг); аналогично удельная энергия метанола и бутана более чем в 10 и 25 раз выше, чем у батарей соответственно. Другими словами, современные аккумуляторные технологии не подходят для автономных микророботов», — поясняют создатели робожука. Самая лёгкая батарея и источник питания, которые давали бы достаточно энергии для нагрева провода SMA, весили бы около 800 мг — почти в 10 раз больше самого RoBeetle.
Среди недостатков RoBeetle IEEE Spectrum выделяет его слабую управляемость: робожук может двигаться только вперед и не умеет поворачивать. Его скорость не регулируется, и как только он начнёт идти, он будет идти, пока не сломается или пока не закончится топливо. Исследователи планируют экспериментировать со скоростью робота — например, подавать топливо под давлением. Кроме того, они отмечают, что можно увеличить эффективность SMA, «расположив несколько искусственных мышц в иерархической конфигурации, аналогичной тем, что наблюдаются в мышцах животных». Также авторы рассчитывают повысить производительность RoBeetle за счет использования других видов топлива, например, пропана, удельная энергия которого составляет 50 МДж/кг.
Несмотря на то, что вариантов практического применения RoBeetle пока нет, он может служить основой для создания нового поколения полностью автономных микророботов, способных перемещаться по земле, воздуху и воде, указывают учёные. Кроме того, технология, сочетающая искусственные мускулы с механическими механизмами управления, может быть использована для разработки мягких роботов и гибридных экзоскелетов.
Один из создателей робожука Нестор Перес-Арансибиа и его аспиранты по программе ASML также надеются, что RoBeetle сможет стать основой для разработки первого полностью автономного летающего робота, который будет биологически вдохновлен бабочками.
