بقدر ما نعلم ، أصغر روبوت يمشي في العالم
قبل بضع سنوات ،
كتب Spectrum IEEE بالفعل عن أصغر روبوتات رباعي الأرجل كانت موجودة آنذاك - بحجم 20 مم فقط ، مع ارتفاع ساقه 5.6 ملم ووزنه 1.5 جم. كما أظهر لنا
مطورها ريان سان بيير من
مختبر سارة بيرجبريتر بجامعة ماريلاند صورة لروبوت أصغر حتى يزن 100 ملغ فقط. عندما رأينا كل هذا في مؤتمر ICRA 2016 ، سألنا Ryan عما إذا كان سيذهب إلى أبعد من ذلك في طريق التخفيض:
"من المثير للاهتمام دائمًا حل مشكلة تصنيع أصغر الروبوتات الممكنة" ، كما أخبرنا. - بينما أنا أعمل على إنشاء روبوت وفقًا للمخطط نفسه ، يبلغ طوله 2.5 مم ، وهو حجم أصغر من ما قدمناه في ICRA. يسهل اختراق الروبوتات الصغيرة إلى الأماكن التي لا يمكن للزحف الكبيرة الزحف إليها ، وهناك مجموعة متنوعة من الأحجام تزيد من فائدتها. "
لكن اتضح أن طلبًا واحدًا لم يكن كافيًا ، وبدلاً من ذلك ، طورت سان بيير روبوتًا ذو أربعة أرجل أقل بعشر مرات من المخطط: فهو يزن فقط مليغرامًا وأقل من رأس نملة.
أرسل لنا Ryan مقاطع فيديو عن روبوت عامل ، على الرغم من أنه من الصعب تخيل مدى صغر حجمه. لتخيل الحجم ، تخيل نملة - إنها ليست كبيرة الحجم تمامًا ، طولها بضعة سنتيمترات فقط ، وأحجامها هي 2.5 مم × 1.6 مم × 0.7 مم. تشبه
دائرتها الروبوتات بأطراف دوارة ، مثل
RHex ، التي تزيد كتلتها مليون مرة عن كتلة رباعي الأرجل الصغير.
مثل سابقاتها ، هذا الروبوت صغير جدًا بحيث لا يستخدم الإلكترونيات أو المحركات التقليدية. يتم التحكم في أرجلها بواسطة حقول مغناطيسية خارجية ، مما يؤثر على مغناطيس صغير جدًا مضمّن في الأرجل. تتسبب المجالات المغناطيسية الدوارة في تدوير المغناطيس ، مما يمنح الساقين سرعة دوران تصل إلى 150 هرتز. عن طريق وضع المغناطيس في الساقين بطرق مختلفة ، يمكنك تحقيق أنواع مختلفة من المشية. الحد الأقصى لسرعة الروبوت هو 37.3 مم / ثانية ، أو 14.9 طولًا من جسمه في الثانية ، والمثير للدهشة ، أن الروبوت أصبح مرنًا للغاية ، حيث نجا من ملايين دورات التشغيل "بدون علامات تآكل واضحة أو كفاءة منخفضة."
لمعرفة المزيد ، بما في ذلك أمثلة حقيقية لاستخدام هذه الروبوتات ، تحدثنا عبر البريد الإلكتروني مع Ryan Saint-Pierre.
طيف IEEE : هل يمكنك مقارنة الروبوتات الخاصة بك مع روبوتات المشي الصغيرة الأخرى؟
ريان سان بيير : في هذا العمل ، يتم تقديم واحد من أصغر وأسرع الروبوتات الصغيرة التي تستخدم الأرجل للحركة. هناك روبوتات أصغر حجماً ، لكنها عادة لا تستخدم الأرجل للحركة. يساعد هذا العمل على تحسين فهم ديناميات الحركة على نطاق الملليغرام ، سواء في مجال الروبوتات أو البيولوجيا.
روبوت ملليغرام بجوار رأس النمل الاستوائي المجفف paraponera clavataتدعي الورقة أن اتجاه المغناطيس في الساقين يؤدي إلى التنقل بين حركة الروبوت. لماذا تم اختيار مشية كهذه وما هي الفوائد المحتملة للمشية الأخرى؟يمكن ضبط المشية بشكل ميكانيكي عن طريق اختيار اتجاه المغناطيس بالنسبة لبعضها البعض. في البداية ، اخترت خيار التنقل ، عندما يتم توجيه جميع المغناطيسات الأربعة في اتجاه واحد ، لتسهيل التجميع اليدوي وترتيب المغناطيس. في الإصدارات اللاحقة ، استخدمت الهرولة عندما تزامن الترتيب المائل للمغناطيس. يتضح أن المشية مهمة عند التحرك على أرض سلسة وعرة ، وربما يكون من الضروري تغيير مشية عند تغيير الأسطح ، ولكن في هذه المرحلة من المشروع ، لا يكون ذلك ممكنًا.
ما هو الاستخدام المحتمل للروبوتات ذات الأربع أرجل بهذا الحجم؟أول شيء هو المساعدة في فهم ديناميات الحركة بالأقدام على مقياس الملليغرام ، والحصول على نماذج حسابية ومادية تمثيلية أكثر من النمل. إن الفهم الأفضل للمبادئ الأساسية للحركة على مقياس الملليغرام سيكون مفيدًا لتطوير وإدارة الروبوتات المستقلة بهذا الحجم.
يمكنك جعل الروبوت أصغر؟ ما هي الفوائد والتحديات؟ممكن بالتأكيد. كل هذا يتوقف على التكنولوجيا المتاحة لإنتاج المواد المغناطيسية وجسم الروبوت. ولكن إذا قمت بتقليل الحجم ، وترك مخطط نقل الجهد إلى الساقين كما هو ، فقد تنشأ مشاكل. ستبدأ قوى الاحتكاك بالسيطرة على المفاصل ، الأمر الذي سيتطلب زيادة في عزم الدوران لتدوير الساقين ، وتقليل كفاءة الحركة. سيتطلب تخفيض الحجم مقارنة بالملليغرام الحالي تغييرًا في استراتيجية المحرك. ومع ذلك ، فإن الحد من الحجم دون تغيير مخطط العمل ونقل الجهود سوف يعطينا أفكارًا حول توسيع نطاق حركة الأرض بمساعدة الساقين ، وسيكشف القيود الأساسية على الحركة ويعطي أفكارًا عن الضغط التطوري في النظم البيولوجية.
أعترف أنني أشعر بخيبة الأمل لعدم وجود خطط لإرسال هذه الروبوتات الصغيرة على الفور إلى داخل الجسم حتى يتم تشغيلها هناك وإصلاح كل شيء ، ومع ذلك ، فإن الأهداف في المستقبل القريب المرتبطة بدراسة حركة الروبوتات ذات الأرجل الصغيرة يمكن أن تصبح خطوات صغيرة جدًا في هذا الاتجاه.
تم تقديم العمل "روبوت ثلاثي ملليغرام مع أرجل تتحرك بسرعة 15 طول الجسم في الثانية" من إعداد ريان سان بيير ووكر جوسريتش وسارة بيرجبريتر من جامعة ماريلاند (الذين يعملون الآن في جامعة كارنيجي ميلون) في 2018 مؤتمرات ورشة عمل هيلتون هيد للاستشعار عن الحالة الصلبة ، والمحركات ، و Microsystems ، حيث حصلت على جائزة لأفضل عمل.