Le pulci robotiche entrano in azione

È stata sviluppata una pulce robotica autonoma in grado di saltare quasi 30 volte la sua altezza, grazie a quello che è probabilmente l'elastico più piccolo del mondo.

sollevamento: Piccoli motori microelettromeccanici (MEMS) allungano un piccolo elastico di nove micron di spessore e due millimetri di lunghezza per consentire a un microbot di catapultarsi nell'aria come una pulce.

Sciami di tali robot potrebbero eventualmente essere utilizzati per creare reti di sensori distribuiti per il rilevamento di sostanze chimiche o per scopi di sorveglianza militare, afferma Sarah Bergbreiter , un ingegnere elettrico dell'Università della California, Berkeley, che ha sviluppato i robot.

L'idea è che allungando un elastico di silicone spesso solo nove micron si possa consentire a questi dispositivi microrobotici di muoversi catapultandosi in aria. I primi test mostrano che i robot a energia solare possono immagazzinare energia sufficiente per far saltare un robot di 7 millimetri a 200 millimetri di altezza.

Questo salto balistico simile a una pulce consentirebbe a questi sensori di essere mobili, coprendo distanze relativamente grandi e superando ostacoli che normalmente sarebbero un grosso problema per i robot di dimensioni micrometriche, afferma Bergbreiter.

Tali sensori potrebbero essere dispersi da un aereo ma potrebbero non atterrare nelle posizioni più ideali, quindi renderli mobili potrebbe consentire loro di essere riposizionati, anche se un po' a casaccio. I sensori distribuiti in generale ti danno l'immagine grande, dice Bergbreiter. Questo perché possono fornire una risoluzione più dettagliata su un'area più ampia rispetto agli approcci al rilevamento non distribuiti più tradizionali.

Con i robot in miniatura, il salto è una buona opzione se stai cercando di muoverti su terreni irregolari, dice Metin Sitti , un assistente professore presso il laboratorio di nanorobotica presso il Robotics Institute della Carnegie Mellon University, a Pittsburgh. A quelle dimensioni, il problema critico è il potere, quindi è una buona scelta immagazzinare energia, dice.

Le impressionanti capacità di salto di insetti come le pulci derivano dalla loro capacità di immagazzinare energia in una proteina elastomerica chiamata resilina. Ciò consente loro di immagazzinare una grande quantità di energia per poi rilasciarla molto improvvisamente come movimento. Ma mentre gli insetti immagazzinano l'energia comprimendo un elastomero, Bergbreiter ha optato per un sistema che ne allunga uno.

Lavorando con Kris Pister come parte di Progetto Berkeley Smart Dust , che è stato creato per costruire reti di sensori distribuiti in grado di comunicare su lunghe distanze utilizzando reti mesh, Bergbreiter mirava a fornire a questi tipi di sensori una mobilità utile. Ha creato un minuscolo array di celle solari per alimentare il dispositivo, un microcontrollore per governarne il comportamento e una serie di motori per micro sistemi elettromeccanici (MEMS) su un substrato di silicio. Gli ultimi erano usati come parte di un meccanismo a cricchetto chiamato motori a vite senza fine, che separano due ganci come mezzo per allungare l'elastico.

Bergbreiter, in collaborazione con lo Smart Dust Project, ha creato l'elastico tagliando una striscia circolare di appena nove micron di spessore e due millimetri di lunghezza da un sottile foglio di silicone utilizzando un sottilissimo laser a infrarossi. È stato quindi agganciato al meccanismo di allungamento del robot utilizzando nient'altro che un paio di pinzette di ultraprecisione, un microscopio stereoscopico e una mano ferma. Era un po' come giocare al gioco per bambini Operation, solo più difficile, dice Bergbreiter.

Per testare il prototipo del robot, Bergbreiter lo ha collegato in modo che, invece di saltare, la sua gamba fosse posizionata per dare un calcio a un oggetto. Questo le ha permesso di calcolare l'energia rilasciata. Finora Bergbreiter ha provato solo ad allungare parzialmente l'elastico, ottenendo un salto di circa 12 millimetri per il robot da 10 milligrammi. Tuttavia, afferma che in base ai risultati di questo test, un allungamento completo sarebbe in grado di produrre salti fino a 200 millimetri e coprirebbero circa il doppio del terreno in orizzontale. I risultati saranno presentati la prossima settimana alla Conferenza Internazionale su Robotica e Automazione, a Roma, Italia.

L'attuale prototipo, lungo sette millimetri, è ancora molto più grande di una pulce. Ma Bergbreiter è desideroso di ridurre il robot a circa un millimetro, o dimensione delle pulci. Inoltre, deve ancora aggiungere la minuscola cella solare fotovoltaica che è stata fabbricata separatamente. Il prossimo passo è mettere tutto insieme, dice.

Uno dei vantaggi della realizzazione di robot sulla scala degli insetti è che è possibile generare velocità di decollo molto elevate. Questo è il motivo per cui gli insetti possono raggiungere salti così grandi. Quando il volume di un oggetto si riduce, la sua massa diminuisce a una velocità molto maggiore, il che a sua volta consente grandi accelerazioni.

Tuttavia, c'è uno scambio. La resistenza aumenta man mano che si rimpicciolisce, afferma Bergbreiter. Quindi il trucco è garantire che le dimensioni dei robot offrano vantaggi sufficienti in termini di accelerazione per superare il costo di qualsiasi resistenza aggiuntiva.

Ma generare questo movimento richiede ancora più energia di quanta il robot sia in grado di raccogliere dal suo ambiente attraverso le sue celle solari. Questo è spesso il caso dei robot autonomi, motivo per cui è necessario immagazzinare l'energia, afferma Chris Melhuish , professore di robotica e direttore del Bristol Robotics Laboratory presso l'Università di Bristol e l'Università dell'Inghilterra occidentale, Regno Unito.

È probabile che l'unico altro modo per coprire distanze così grandi sia attraverso il volo. Ma volare aggiunge una nuova serie di sfide, afferma Bergbreiter. Richiede motori molto potenti per sbattere le ali o azionare un'elica e, dato l'effetto che il vento può avere su oggetti così piccoli, ci sono grossi problemi di controllo. Saltare, d'altra parte, consentirebbe ai robot di spostarsi su distanze molto maggiori senza enormi requisiti di potenza.

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