Robot berjalan berkaki empat lebih kecil dari kepala semut

Sejauh yang kami tahu, robot berjalan terkecil di dunia

Beberapa tahun yang lalu, Spectrum IEEE sudah menulis tentang robot berkaki empat terkecil yang ada saat itu - hanya berukuran 20 mm, dengan tinggi kaki 5,6 mm dan berat 1,5 g. Pengembangnya Ryan Saint-Pierre dari laboratorium Sarah Bergbreiter di University of Maryland juga menunjukkan foto robot yang lebih kecil dengan berat hanya 100 mg. Ketika kami melihat semua ini di konferensi ICRA 2016, kami bertanya kepada Ryan apakah dia akan melangkah lebih jauh ke jalur pengurangan:

"Selalu menarik untuk menyelesaikan masalah pembuatan robot sekecil mungkin," katanya kepada kami. - Sementara saya sedang mengerjakan pembuatan robot sesuai dengan skema yang sama, panjang 2,5 mm, yang merupakan urutan besarnya lebih kecil dari apa yang kami sajikan di ICRA. Robot yang lebih kecil lebih mudah untuk menembus ke tempat-tempat di mana robot besar tidak dapat merangkak, dan berbagai ukuran meningkatkan kegunaannya. "

Tetapi ternyata satu perintah saja tidak cukup, dan Saint-Pierre malah mengembangkan robot berkaki empat 10 kali lebih sedikit dari yang direncanakan: beratnya hanya satu miligram, dan kurang dari kepala semut.

Ryan mengirimi kami video robot yang berfungsi, meskipun sulit membayangkan seberapa kecil itu. Untuk skala, bayangkan seekor semut - seluruhnya tidak terlalu besar, hanya beberapa sentimeter panjangnya, dan ukuran microrobot adalah 2,5 mm × 1,6 mm × 0,7 mm. Sirkuitnya menyerupai robot dengan anggota badan berputar, seperti RHex , yang massanya satu juta kali lebih besar daripada mikro-tetrapoda ini.


Seperti pendahulunya, robot ini terlalu kecil untuk menggunakan elektronik atau motor tradisional. Kakinya dikendalikan oleh medan magnet eksternal, yang mempengaruhi magnet kubik kecil yang tertanam di kakinya. Medan magnet yang berputar menyebabkan magnet berputar, yang memberi kaki kecepatan putaran hingga 150 Hz. Dengan menempatkan magnet di kaki dengan cara yang berbeda, Anda dapat mencapai berbagai jenis gaya berjalan. Kecepatan maksimum robot adalah 37,3 mm / s, atau 14,9 panjang tubuhnya per detik, dan, yang mengejutkan, robot itu ternyata cukup tangguh, telah bertahan sejuta siklus operasi "tanpa tanda-tanda keausan yang terlihat atau berkurangnya efisiensi."

Untuk mengetahui lebih lanjut, termasuk contoh nyata penggunaan robot seperti itu, kami berbicara melalui email dengan Ryan Saint-Pierre.

IEEE Spectrum : Bisakah Anda membandingkan robot Anda dengan robot berjalan skala kecil lainnya?

Ryan Saint-Pierre : Dalam karya ini, salah satu robot mikro terkecil dan tercepat menggunakan kaki untuk gerakan disajikan. Ada microrobots yang lebih kecil, tetapi mereka biasanya tidak menggunakan kaki untuk bergerak. Karya ini membantu meningkatkan pemahaman tentang dinamika gerakan pada skala miligram, baik dalam robotika dan biologi.


Robot miligram di sebelah kepala semut kering tropis paraponera clavata

Makalah ini mengklaim bahwa orientasi magnet di kaki mengarah ke cara pergerakan robot. Mengapa gaya berjalan seperti itu dipilih dan apa yang bisa menjadi manfaat potensial dari gaya berjalan lainnya?

Kiprah dapat diatur secara mekanis dengan memilih orientasi magnet relatif satu sama lain. Awalnya, saya memilih opsi hopping, ketika keempat magnet diarahkan dalam satu arah, untuk memfasilitasi perakitan manual dan pengaturan magnet. Dalam versi berikutnya, saya menggunakan berlari ketika pengaturan magnet diagonal bertepatan. Kiprah menjadi penting saat bergerak di sepanjang medan yang halus dan kasar, dan mungkin saat mengubah permukaan, Anda perlu mengubah gaya berjalan, tetapi pada tahap proyek ini hal ini tidak mungkin.

Apa potensi penggunaan robot berkaki empat dengan ukuran ini?

Hal pertama adalah membantu memahami dinamika gerakan dengan kaki dalam skala miligram, dan untuk mendapatkan model komputasi dan fisik semut yang lebih representatif. Pemahaman yang lebih baik tentang prinsip-prinsip dasar gerakan pada skala miligram akan berguna untuk pengembangan dan pengelolaan robot otonom skala ini.

Bisakah Anda membuat robot lebih kecil? Apa manfaat dan tantangannya?

Sangat mungkin. Itu semua tergantung pada teknologi yang tersedia untuk memproduksi bahan magnetik dan tubuh robot. Tetapi jika Anda mengurangi ukurannya, meninggalkan skema transfer usaha ke kaki yang sama, masalah mungkin timbul. Gaya gesekan akan mulai mendominasi pada sambungan, yang akan membutuhkan peningkatan torsi untuk memutar kaki, dan mengurangi efisiensi gerakan. Pengurangan ukuran dibandingkan dengan miligram saat ini akan membutuhkan perubahan dalam strategi motorik. Namun, mengurangi skala tanpa mengubah skema kerja dan upaya transfer akan memberi kita ide tentang meningkatkan gerakan tanah dengan bantuan kaki, akan mengungkapkan batasan mendasar pada gerakan dan memberikan ide tentang tekanan evolusi dalam sistem biologis.

Saya akui, saya kecewa dengan kurangnya rencana untuk segera mengirim robot kecil ini ke dalam tubuh kita sehingga mereka berlari di sana dan memperbaiki semuanya, namun, tujuan jangka pendek yang terkait dengan mempelajari pergerakan robot dengan kaki dalam skala kecil dapat menjadi langkah yang sangat kecil ke arah ini.

Karya "Robot 3D-miligram dengan kaki bergerak dengan kecepatan 15 panjang tubuh per detik" oleh Ryan Saint-Pierre, Walker Gosrich dan Sarah Bergbreiter dari University of Maryland (yang sekarang bekerja di Carnegie Mellon University) dipresentasikan di 2018 Hilton Head Solid-State Sensor, Aktuator, dan konferensi Lokakarya Microsystems, di mana ia menerima penghargaan untuk karya terbaik.