Granice nowoczesnych możliwości

Minirobot uniesie 2000 razy więcej niż waży

Marek Hoffmann Autor, Hemd & Hoodie

Co łączy ze sobą gąsienicę i gekona? Odpowiedź: oba te zwierzęta posłużyły za źródło inspiracji do opracowania urządzeń MicroTug — bezsprzecznie najsilniejszych robotów na świecie.

Przynajmniej w przypadku, gdy weźmiemy pod uwagę stosunek ich siły do „masy ciała”. Montaż najmniejszego z robotów wymagał użycia mikroskopu – sama konstrukcja waży zaledwie 12 gramów. Mimo to może unieść ciężar przekraczający 24 kilogramy. Stosunek jego siły do masy wynosi blisko 2000!

Podobne przypadki możemy znaleźć również w środowisku naturalnym. Przykładowo: mierzący zaledwie 11 mm samiec skarabeusza potrafi ciągnąć przedmiot o masie 1141 razy większej od swojej własnej. Miniboty opracowane przez inżynierów-mechaników Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii posiadają dodatkowo inną niezwykłą cechę: są w stanie przesuwać równie duże ciężary nawet po gładkich pionowych powierzchniach.

Śladami natury

Aby tego dokonać, miniboty naśladują mechanizmy wykorzystywane przez dwa wspomniane wcześniej zwierzęta. Oba roboty wyposażono w specjalne komponenty umożliwiające poruszanie się.

Ruch opiera się o złożony mechanizm charakterystyczny dla „lepkich” palców gekona

Konstrukcja tych komponentów przypomina wysoce zaawansowane „lepkie” palce gekona. Palce te pokryte są setkami niewielkich blaszek (membran) złożonych z mikroskopijnych włosków, z których każdy podzielony jest na cztery jeszcze mniejsze nici. Rozszczepione końcówki wykorzystują oddziaływanie van der Waalsa, wchodząc w interakcję bezpośrednio z cząsteczkami powierzchni, po której wspina się gekon.

Połączone w ten sposób powierzchnie można rozdzielić wyłącznie poprzez poruszenie łapą w jednym kierunku – podobnie jak przy wyciąganiu haczyka włożonego do pętli. Przerwanie połączenia nie wymaga przy tym zastosowania żadnej dodatkowej siły. Kluczową rolę w tym przypadku odgrywa jedynie zmiana kierunku ruchu.

łapy gekona

Badacze zdołali opanować to rozwiązanie już w 2006 roku – wtedy też zaprezentowali pierwszy prototyp urządzenia o nazwie StickyBot. Urządzenie to wyposażono w odnóża pokryte „jednokierunkową” przyczepną powierzchnią zbudowaną z niewielkich włókien polimerowych. Najnowsze osiągnięcie w tej dziedzinie to rozszczepione końcówki o grubości blisko 20 mikrometrów, zapewniające jeszcze lepszą przyczepność.

Miniboty naśladujące ruch gąsienic

Taki mechanizm, pracujący w odosobnieniu, nie pozwoliłby jednak minibotom przenosić ciężarów o wspomnianej wcześniej masie. Osiągnięcie tej zdolności wymagało opanowania techniki poruszania się charakterystycznej dla gąsienic. Zamiast pełzać, gąsienice przenoszą tylne odnóża w pobliże przednich, tworząc swego rodzaju mostek.

3d

Miniboty naśladują tę technikę. Zamiast jednak korzystać z dwóch niezależnych par odnóży, wykorzystują do tego celu dwie cienkie gumowe maty.

Po pierwsze, zastosowanie płaskich mat zwiększa powierzchnię, na jakiej obciążone włókna polimeru stykają się z podłożem.

Po drugie, jedna z mat przez cały czas ściśle przylega do powierzchni, utrzymując przenoszony ciężar w momencie ruchu drugiej maty. Takie rozwiązanie minimalizuje ryzyko „ześlizgnięcia się” robota, tj. utraty przyczepności.

Cenni pomocnicy w nagłych przypadkach

Jednym z głównych obszarów zastosowań minibotów, na jakie wskazują naukowcy, są środowiska przemysłowe, wymagające przenoszenia niezwykle dużych obciążeń tam i z powrotem.

Usuwanie przeszkód i transport narzędzi

Praca „w terenie” również wchodzi w grę – choćby w czasie wypadków i klęsk żywiołowych, gdy konieczne jest usunięcie z drogi przeszkód lub dostarczenie na miejsce cennych narzędzi. Zastosowanie robotów pozwoliłoby na przykład przesuwać drabinę wzdłuż ściany domu, tak aby umożliwić ewakuację mieszkańców w czasie pożaru.

zespół

Nawiasem mówiąc, najsilniejszy robot na świecie (jeśli brać pod uwagę jego bezwzględny udźwig) nosi nazwę „Godzilla”. Robot ten jest wykorzystywany w przemyśle motoryzacyjnym. Waży ponad 8,5 tony i jest zdolny przenosić przedmioty o masie 1350 kilogramów.

Obraz 1: Wikipedia — Douglasy (CC BY-SA 3.0)
Obrazy 2 i 3: Biomimetics & Dexterous Manipulation Lab, Uniwersytet Stanforda 

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Innowacje techniczne

Przeczytaj w następnej kolejności

Read Full Story