Raziskovalci so ustvarili nov tip majhnega 3D tiskanega robota, ki se premika s piezoelektričnim aktuatorjem, ki pretvarja tresljaje ultrazvoka ali celo majhnih zvočnikov. Večje skupine takšnih robotkov bi lahko sodelovale v zaznavanju okoljskih sprememb, premikanju predmetov ali nekoč celo zdravljenju poškodb znotraj človeškega telesa.
Prototipni robotki se odzivajo glede na različne frekvence, odvisno od njihove oblike. Tako lahko raziskovalci vsakega robotka priredijo svoji frekvenci ter ga individualno premikajo s signali njemu lastne frekvence. Robotki so velikosti 2 mm, kar je velikost najmanjših mravelj na svetu, gibajo pa se lahko s hitrostjo 8 mm/s.
»Tehnologijo bi najprej radi naredili bolj robustno, zanjo pa obstaja veliko aplikacij,« je rekla Azadeh Ansari, asistentka na Šoli za elektrotehniko in računalniški inženiring ustanove Georgia Institute of Technology. »Naše področje dela je na preseku mehanike, elektronike, biologije in fizike. To je zelo bogato raziskovalno področje z velikim potencialom za multidisciplinaren razvoj.«
Robotki so zgrajeni iz polimerskega telesa, ki je 3D tiskano s pomočjo dvofotonske polimerizacijske litografije. Na polimersko telo je prilepljen piezoelektrični aktuator z zunanjim napajanjem preko vibracij, saj je kakršna koli baterija prevelika in pretežka za takšnega robotka. Vibracije lahko pridejo po zraku preko zvočnikov ali po podlagi, po kateri potujejo tresljaji ustreznih frekvenc.
Vibracije premikajo vzmetne nožice robota navzgor in navzdol, kar povzroči gibanje naravnost. Amplituda tresljajev določa hitrost gibanja. Vsakega od robotkov je mogoče prilagoditi drugi krmilni frekvenci in ga tako voditi neodvisno.
»Ko se robotki premikajo navzgor in navzdol, je mogoče vertikalne premike usmeriti v usmerjeno gibanje z ustreznimi nožicami, ki so videti podobno kot ščetine,« je pojasnila Ansari. »Nožice mikro robotkov so narejene tako, da pri dani frekvenci resonirajo, kar se odraža kot poseben upogib nožice in premik naprej.«
Robotki so izdelani s pomočjo 3D tiska z uporabo TPP procesa. Ta poteka tako, da s pomočjo svetlobe polimerizirajo monomerno smolo, ki je nanešena na podlago. Zatrdi le tisti del smole, ki je bil obsevan z UV-žarki. Po končanem obsevanju smolo, ki ni bila obdelana, sperejo stran, ostanejo pa natisnjene robotske strukture.
»Proces je bolj podoben konvencionalnemu laserskemu tiskanju, saj so natisnjeni robotki skoraj dvodimenzionalni, v obliki, ki jo je na smoli zarisal laser. Proces tiskanja pa traja kar nekaj časa, zato iščemo načine za tiskanje stotin takšnih robotkov hkrati,« je povedala Ansari. Nekateri robotki imajo štiri nožice, drugi pa šest. Prvotni avtor DeaGyu Kim je tekom razvoja natisnil na stotine različnih konfiguracij oblik in nožic, da je odkril najboljšo strukturo.
Piezoelektrični aktuatorji, ki vsebujejo material PZT, vibrirajo, ko nanje pritisnemo napetost. Zmožni pa so tudi delovanja v obratni smeri, torej proizvodnje napetosti pod vplivom tresljajev. Tako robotki napajajo senzorje, s katerimi so opremljeni.
Ansari in njena ekipa nameravajo v prihodnosti robotkom dodati zmožnost spreminjanja smeri. To bodo izvedli tako, da bodo ščetinaste noge istega robotka resonirale/vibrirale pri različnih frekvencah. Tako bodo lahko z združevanjem različnih frekvenc različnih amplitud nadzorovali smer in hitrost vsakega posameznega robotka. »Ko lahko takšnega mikro robotka natančno usmerjaš, se odprejo mnoge možnosti uporabe,« je še dodala Ansari.
Ansari je povedala tudi, da so tudi druge ekipe prišle do delujočih mikro robotkov, a s pomočjo magnetnega polja. To je uporabno za premikanje celotne skupine robotkov hkrati, težje pa je magnetno polje uporabiti za upravljanje posameznih robotkov.
Robotki merijo v dolžino 2 mm, širino 1,8 mm in debelino le 0,8 mm, tehtajo pa približno 5 mg. Sicer bi bil mogoč tudi tisk manjših robotkov, a bi bila strjena smola tako krhka, da jih ne bi mogli odstraniti s podlage 3D tiskalnika, brez da bi se uničili.
Ansari in njena ekipa so postavili nekakšno igrišče za robotke, kjer jih lahko upravljajo in odkrijejo več o njihovih zmožnostih. Ekipa bi rada razvila tudi robotke, ki bi lahko skakali in plavali.
»Preučimo lahko kolektivno obnašanje mravelj in to, kar se naučimo, prenesemo na upravljanje naših robotkov,« je še dodala. »Ti mikro robotki hodijo nadzorovano v laboratorijskem okolju, a preden bodo uporabni v realnem svetu, bo potrebnega še kar nekaj dela.«
Vir:
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190718112538.htm
