Åsynen av en RoboBee som smyger sig mot en vägg eller kraschar in i en glaslåda kan en gång ha utlöst panik hos forskarna vid Harvard Microrobotics Laboratory vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), Men inte längre.

Forskare vid SEAS och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering har utvecklat en spänstig RoboBee som drivs av mjuka konstgjorda muskler som kan krascha in i väggar, faller på golvet, och kolliderar med andra RoboBees utan att skadas. Det är den första mikroroboten som drivs av mjuka ställdon för att uppnå kontrollerad flygning.

"Det har skett ett stort tryck inom mikrorobotik för att göra mobila robotar av mjuka ställdon eftersom de är så motståndskraftiga, sa Yufeng Chen, en före detta doktorand och postdoktor vid SEAS och första författare till uppsatsen. "Dock, många människor i fältet har varit skeptiska till att de skulle kunna användas för flygande robotar eftersom effekttätheten för dessa ställdon helt enkelt inte har varit tillräckligt hög och de är notoriskt svåra att kontrollera. Vårt ställdon har tillräckligt hög effekttäthet och kontrollerbarhet för att uppnå svävande flygning."

Forskningen är publicerad i Natur .

För att lösa problemet med effekttäthet, forskarna byggde på de elektriskt drivna mjuka ställdonen som utvecklats i David Clarkes labb, den utökade Tarr-familjen professor i material. Dessa mjuka ställdon är gjorda av dielektriska elastomerer, mjuka material med goda isoleringsegenskaper, som deformeras när ett elektriskt fält appliceras.

Genom att förbättra elektrodens konduktivitet, forskarna kunde manövrera ställdonet vid 500 Hertz, i nivå med de stela ställdon som tidigare använts i liknande robotar.

En annan utmaning när man hanterar mjuka ställdon är att systemet tenderar att bucklas och bli instabilt. För att lösa denna utmaning, forskarna byggde ett lätt flygplan med en bit vertikal begränsningsgänga för att förhindra att manöverdonet bucklas.

De mjuka ställdonen kan enkelt monteras och bytas ut i dessa småskaliga robotar. För att visa olika flygförmåga, forskarna byggde flera olika modeller av den mjukdrivna RoboBee. En tvåvingad modell kunde lyfta från marken men hade ingen ytterligare kontroll. En fyrvingad, modell med två ställdon kan flyga i en rörig miljö, övervinna flera kollisioner på en enda flygning.

"En fördel med småskalighet, robotar med låg massa är deras motståndskraft mot yttre påverkan, " sa Elizabeth Farrell Helbling, en före detta doktorand vid SEAS och en medförfattare på tidningen. "Det mjuka manöverdonet ger en extra fördel eftersom det kan absorbera stötar bättre än traditionella aktiveringsstrategier. Detta skulle vara praktiskt i potentiella tillämpningar som att flyga genom spillror för sök- och räddningsuppdrag."

En åttavinge, modell med fyra manöverdon demonstrerade kontrollerad svävande flygning, den första för en mjukdriven flygande mikrorobot.

Nästa, forskarna strävar efter att öka effektiviteten hos den mjukdrivna roboten, som fortfarande ligger långt efter mer traditionella flygande robotar.

"Mjuka ställdon med muskelliknande egenskaper och elektrisk aktivering representerar en stor utmaning inom robotik, säger Robert Wood, Charles River professor i teknik och tillämpad vetenskap i SEAS, kärnfakultetsmedlem i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering och senior författare till uppsatsen. "Om vi ​​kunde konstruera högpresterande konstgjorda muskler, himlen är gränsen för vilka robotar vi kan bygga."