Hasta donde sabemos, el robot para caminar más pequeño del mundo
Hace unos años, Spectrum IEEE ya
escribió sobre los robots de cuatro patas más pequeños que existían en ese momento, de solo 20 mm de tamaño, con una altura de pata de 5,6 mm y un peso de 1,5 g. Su desarrollador Ryan Saint-Pierre del
laboratorio de Sarah Bergbreiter en la Universidad de Maryland también nos mostró una fotografía de un robot aún más pequeño que pesa solo 100 mg. Cuando vimos todo esto en la conferencia ICRA 2016, le preguntamos a Ryan si iba a ir más allá en el camino de la reducción:
"Siempre es interesante resolver el problema de fabricar los robots más pequeños posibles", nos dijo. - Mientras estoy trabajando en la creación de un robot de acuerdo con el mismo esquema, de 2.5 mm de largo, que es un orden de magnitud menor que el que presentamos en ICRA. Los robots más pequeños son más fáciles de penetrar en lugares donde los grandes no pueden gatear, y una variedad de tamaños aumenta su utilidad ".
Pero resultó que una orden no era suficiente, y en cambio Saint-Pierre desarrolló un robot de cuatro patas 10 veces menos de lo planeado: pesa solo un miligramo y menos que la cabeza de una hormiga.
Ryan nos envió videos de un robot que funciona, aunque es difícil imaginar cuán pequeño es. Para la escala, imagine una hormiga: no es del todo muy grande, solo mide un par de centímetros de largo, y el tamaño de la microrobot es de 2.5 mm × 1.6 mm × 0.7 mm. Su circuito se asemeja a los robots con extremidades giratorias, como
RHex , cuya masa es un millón de veces mayor que la de este micro-tetrápodo.
Al igual que sus predecesores, este robot es demasiado pequeño para usar electrónica o motores tradicionales. Sus patas están controladas por campos magnéticos externos, que afectan a pequeños imanes cúbicos incrustados en las patas. Los campos magnéticos giratorios hacen que los imanes giren, lo que les da a las patas una velocidad de rotación de hasta 150 Hz. Al colocar los imanes en las piernas de diferentes maneras, puede lograr diferentes tipos de marcha. La velocidad máxima del robot es un impresionante 37,3 mm / s, o 14,9 longitudes de su cuerpo por segundo, y, sorprendentemente, el robot resultó ser bastante resistente, habiendo sobrevivido un millón de ciclos de operación "sin signos visibles de desgaste o eficiencia reducida".
Para obtener más información, incluidos ejemplos reales del uso de tales robots, hablamos por correo electrónico con Ryan Saint-Pierre.
IEEE Spectrum : ¿Puedes comparar tus robots con otros robots para caminar a pequeña escala?
Ryan Saint-Pierre : En este trabajo se presenta uno de los micro-robots más pequeños y rápidos que usan patas para moverse. Hay microrobots más pequeños, pero generalmente no usan patas para moverse. Este trabajo ayuda a mejorar la comprensión de la dinámica del movimiento a escala de miligramo, tanto en robótica como en biología.
Un robot de miligramo junto a la cabeza de una hormiga tropical seca paraponera clavataEl documento afirma que la orientación de los imanes en las patas conduce a un movimiento de salto del robot. ¿Por qué se eligió esa marcha y cuáles podrían ser los beneficios potenciales de otra marcha?La marcha puede establecerse mecánicamente eligiendo la orientación de los imanes entre sí. Inicialmente, elegí la opción de salto, cuando los cuatro imanes se dirigen en una dirección, para facilitar el montaje manual y la disposición de los imanes. En versiones posteriores, solía trotar cuando la disposición diagonal de los imanes coincidía. La marcha resulta ser importante cuando se mueve a lo largo de un terreno liso y accidentado, y probablemente al cambiar la superficie es necesario cambiar la marcha, pero en esta etapa del proyecto esto no es posible.
¿Cuál es el uso potencial de los robots de cuatro patas de este tamaño?Lo primero es ayudar a comprender la dinámica del movimiento con los pies en una escala de miligramo y obtener modelos computacionales y físicos más representativos de las hormigas corriendo. Una mejor comprensión de los principios fundamentales del movimiento a escala de miligramo será útil para el desarrollo y la gestión de robots autónomos de esta escala.
¿Puedes hacer que el robot sea aún más pequeño? ¿Cuáles son los beneficios y desafíos?Definitivamente posible. Todo depende de la tecnología disponible para la producción de material magnético y el cuerpo del robot. Pero si reduce el tamaño, dejando el esquema de transferencia de esfuerzo a las piernas igual, pueden surgir problemas. Las fuerzas de fricción comenzarán a dominar en las articulaciones, lo que requerirá un aumento en el torque para girar las piernas y reducirá la eficiencia del movimiento. Una reducción de tamaño en comparación con el miligramo actual requerirá un cambio en la estrategia motora. Sin embargo, reducir la escala sin cambiar el esquema de trabajo y la transferencia del esfuerzo nos dará ideas sobre cómo escalar el movimiento del suelo con la ayuda de las piernas, revelará restricciones fundamentales sobre el movimiento y dará ideas sobre la presión evolutiva en los sistemas biológicos.
Admito que estoy decepcionado por la falta de planes para enviar inmediatamente estos pequeños robots dentro de nuestro cuerpo para que corran allí y arreglen todo, sin embargo, los objetivos a corto plazo asociados con el estudio del movimiento de robots con patas a pequeña escala pueden convertirse en pasos muy pequeños en esta dirección.
El trabajo "Un robot de miligramos en 3D con las piernas moviéndose a una velocidad de 15 cuerpos por segundo" por Ryan Saint-Pierre, Walker Gosrich y Sarah Bergbreiter de la Universidad de Maryland (que ahora trabajan en la Universidad Carnegie Mellon) Conferencias del Taller de sensores de estado sólido, actuadores y microsistemas Hilton Head 2018, donde recibió el premio al mejor trabajo.