Рой крошечных роботов-насекомых может легко протискиваться в щели для поиска выживших в разрушенном здании или опылять посевы. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) показали крошечных дронов, способных летать и маневрировать в воздухе как живые насекомые. Добиться этого инженерам удалось благодаря мягким и прочным приводам. Для этого ученые разработали технику изготовления мягких приводов, работающих с напряжением на 75% ниже, чем существующие версии, и выдерживающих на 80% больше нагрузки.
Мягкие приводы похожи на искусственные мышцы и сделаны из слоев эластомера, зажатого между двумя очень тонкими электродами, и свернутого в цилиндр. Когда на привод подается напряжение, электроды сжимают эластомер, и крошечные дроны машут крыльями. Чем больше площадь поверхности привода, тем меньшее напряжение требуется. Поэтому команда исследователей накладывала как можно больше ультратонких слоев эластомера и электродов. По словам ученых, им впервые удалось создать привод с 20 слоями, каждый из которых в толщину 10 микрометров (это диаметр эритроцитов
Красные кровяные тельца, задача которых — насыщение тканей организма кислородом).
Главной проблемой было нанесение покрытия методом центрифугирования. Во время этого процесса эластомер выливался на плоскую поверхность, и центробежная сила вытягивала его в пленку, делая ее тоньше. Но в это время воздух попадал в материал и создавал множество микроскопических пузырьков. Решить задачу с их удалением получилось путем вакуумирования сразу после нанесения покрытия центрифугированием, пока эластомер еще был влажным. Затем его запекали, что заодно сократило время отверждения по мере добавления новых слоев. Устранение дефектов в виде пузырьков воздуха увеличило выходную мощность привода более чем на 300% и значительно повысило срок его службы.
Исследователи также оптимизировали тонкие электроды, которые состоят из углеродных нанотрубок и сверхпрочных пучков углерода, толщиной примерно 1/50 000 диаметра человеческого волоса. Высокая плотность углеродных нанотрубок увеличила выходную мощность привода и снизила напряжение, но при такой концентрации возникало больше дефектов. Острыне концы углеродных нанотрубок могли пробить эластомер и привести к короткому замыканию устройства. Поэтому инженеры определили их оптимальное количество.
В ходе экспериментов с полетами 20-слойный привод, для работы которого требуется менее 500 В, выдавал достаточно энергии, чтобы обеспечить робота соотношением подъемной силы к весу 3,7:1. Минидрон смог нести предметы, которые в 3 раза превышали его собственный вес. Он также смог продержаться в режиме зависания в воздухе 20 секунд. И делал это стабильнее других субграммовых роботов. Привод, разработанный MIT, проработал без сбоев более чем 2 миллионов циклов.
На днях исследователи из Toyota Central R&D Labs разработали маленького летающего робота-насекомое весом 1,8 г. Дрон передвигался без батарей и получал энергию за счет беспроводной передачи с использованием радиочастотных электромагнитных волн.