Вдохновленные светлячками, Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) в США создали микророботы размером с насекомое, способные излучать свет во время полета, что позволяет отслеживать их движения и поддерживать связь. Об этом сообщает официальный сайт MIT. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Летающие насекомые-светлячки используют свое свечение для общения – чтобы привлечь партнера, отогнать хищников или заманить добычу. Следуя примеру из мира природы, ученые Массачусетского технологического института создали электролюминесцентные мягкие искусственные мышцы для летающих роботов размером с насекомое. Эти мышцы, управляющие крыльями роботов во время полета, одновременно излучают разноцветное свечение.
Внедренная электролюминесценция, по примеру природных светлячков, также способна позволить роботам общаться друг с другом. Например, если такой робот отправится в поисково-спасательную операцию в разрушенное здание для поиска выживших, он может использовать световые сигналы, чтобы вызвать срочную помощь.
Способность этих микророботов, которые весят чуть больше скрепки, излучать свет делает их применимой к различным самостоятельным полетам. Конструкции летающих микророботов настолько легки, что не могут нести датчики, поэтому исследователи ранее отслеживали их с помощью громоздких инфракрасных камер, которые плохо работают на открытом воздухе. Теперь исследователи MIT показали, что могут точно отслеживать роботов, используя свет, который они излучают, и всего три камеры смартфона.
«Это важный шаг к полетам этих роботов на открытом воздухе, где у нас нет хорошо настроенной, современной системы отслеживания движения», – отметил Кевин Чен, ассистент руководителя исследования – профессора кафедры электротехники и компьютерных наук Д. Рейда Уидона-младшего.
Научные сотрудники MIT смогли внедрить крошечные электролюминесцентные частицы в искусственные мышцы. Этот процесс увеличивает вес микроробота всего на 2,5 процента, не влияя на его летные характеристики.
Ранее так же команда исследователей продемонстрировала новую технику изготовления мягких приводов – искусственных мышц, которые взмахивают крыльями робота. Эти прочные приводы изготавливаются путем чередования ультратонких слоев эластомера и электрода из углеродных нанотрубок в пакете, а затем скатывания его в мягкий цилиндр. Когда к этому цилиндру прикладывается напряжение, электроды сжимают эластомер, и механическое напряжение преобразуется во взмах крылом.
Чтобы изготовить светящийся привод, команда включила в эластомер электролюминесцентные частицы сульфата цинка, но на этом пути пришлось преодолеть несколько проблем. Во-первых, исследователям нужно было создать электрод, который не блокировал бы свет. Они построили его, используя очень прозрачные углеродные нанотрубки, толщина которых составляет всего несколько нанометров и которые пропускают свет. Кроме того, частицы цинка начинают светиться только в присутствии очень сильного и высокочастотного электрического поля.
«Обычно электролюминесцентные материалы очень затратны с точки зрения энергии, но в данном случае мы получаем эту электролюминесценцию бесплатно, потому что просто используем электрическое поле на той частоте, которая нам нужна для полета. Нам не нужны дополнительные приводы или что-то еще. Чтобы излучать свет, требуется всего на 3 процента больше энергии», – пояснил Кевин Чен.
Далее, создавая прототип привода, ученые обнаружили, что добавление частиц цинка снижает его прочность. Чтобы обойти эту проблему, они добавили частицы цинка только в верхний слой эластомера. Хотя это сделало привод на 2,5% тяжелее, он излучал свет, не влияя на летные характеристики.
Регулировка химической комбинации частиц цинка изменяет цвет свечения. Исследователи создали зеленые, оранжевые и синие частицы для созданных ими исполнительных механизмов, и каждый привод светится одним сплошным цветом. Но чтобы приводы могли излучать разноцветное и узорчатое свечение, в процессе изготовления микророботов поверх верхнего слоя размещается крошечная маска.
Ученые MIT провели летные испытания своих микророботов с использованием специально разработанной системы отслеживания движения. Каждый электролюминесцентный привод служил активным маркером, который можно было отслеживать с помощью камер iPhone. Разработанная исследователями компьютерная программа отслеживает положение роботов с точностью до 2 миллиметров при сравнении с данными современных инфракрасных систем захвата движения.
«Мы использовали дешевое оборудование по сравнению со стоящими десятки тысяч долларов современными системами отслеживания движения, и конечные результаты были очень близкими», – отметил Кевин Чен.
В будущем исследователи планируют усовершенствовать свою систему отслеживания движения, чтобы она могла стабильно действовать в режиме реального времени. Команда также работает над внедрением управляющих сигналов, чтобы роботы могли включать и выключать свет во время полета и общаться как настоящие светлячки.