Yumuşak aktüatörlere sahip dört ayaklı bir robot, bir yerden başka bir yere sürünürken veya atlarken vücut ağırlığının 22 katına kadar taşıyabilir.
Mobil, santimetre ölçekli robotlar tarım, sağlık, keşif ve iletişim dahil olmak üzere bir dizi sektörde sayısız kullanım alanına sahiptir. Tehlikeli ya da erişilemeyen yerlerde araştırma yapan küçük robotlardan oluşan bir filo düşünün. Bataryalar ve diğer güç kaynakları düşük enerji yoğunluğuna sahip olduğundan, bu ölçekteki robotlar geleneksel olarak kuvvetleri kısıtlı olan mikroaktüatör teknolojilerine dayanmaktadır.
Elektrostatik, termal ve manyetik tipler gibi robotikte kullanılan diğer mikro aktüatörlerin döngü hızı, kuvveti veya yer değiştirmesi, daha önemli işler yapmak için yetersizdir.
Buna ek olarak, aktüatörlerin güç çıkışı ve yük taşıma kapasitesi küçüldükçe azalmaktadır.
Bu sorunlar, tez danışmanları olarak görev yapan ve Cornell Üniversitesi araştırmacıları tarafından çözülmüştür. Örneğin metanol, yalnızca 1,0 MJ/kg enerji yoğunluğuna sahip olan lityum pillerden çok daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Burada gösterilen 29 mm uzunluğunda ve iki ön ayak ile iki arka ayağa yerleştirilmiş aktüatörlere sahip dört ayaklı robot, Aubin, Shepherd ve meslektaşları tarafından hafif (325 mg) bir mikroaktüatör kullanılarak oluşturulmuş ve çalışan bir modele entegrasyonu gösterilmiştir.
Her bir mikroaktüatör tarafından milisaniyenin altındaki darbelerde, karşılaştırılabilir boyut, ağırlık veya bileşime sahip mevcut aktüatörlerin üretebileceğinden (yani 9 N) bir kat daha fazla kuvvet üretilebilir.
Araştırmacılar, mikro aktüatörlere güç sağlamak için 3D baskılı ve içine metan ve oksijenin gaz halindeki bir kombinasyonunun tüpler aracılığıyla pompalandığı bir yanma odası oluşturdu. Daha sonra, metanı tutuşturmak için iki oda elektrotu arasında küçük bir kıvılcım üretiliyor. Haznenin üstünde, elastomer bir membran, tıpkı bir piston gibi, ekzotermik reaksiyonun ürün gazları tarafından şişirilir ve genişletilir. Patlama ile bir aktüatör çalıştırılabilir, nesneler fırlatılabilir veya başka görevler yerine getirilebilir. Gazlar hazneden salındığında, membran sönerek yeni bir döngünün başlangıcını işaret eder.
Araştırmacılar, modern mikroaktüatörlerden daha yüksek olan %140’lık aktüatör yer değiştirmeleri gösterdi. Ayrıca aktüatörü çeşitli frekanslarda ve yakıt konsantrasyonlarında çalıştırarak performansını ayarlayabildiler. Uyarlanabilirliği sayesinde robot, sürünerek ya da zıplayarak çeşitli arazilerde ilerleyebildi. Robot, sırasıyla vücut uzunluğunun 20 ve 5,5 katı aralıklarla ya da 59 cm yükseğe ve 16 cm ileriye zıplayabildi. Ayrıca, kendi ağırlığının 22 katı yükü kaldırabiliyordu.
Robotun sıcaklığı, 50 Hz’den daha yüksek frekanslarda çalıştırıldığında odayı sürekli olarak tutuşturduğu noktaya kadar yükseldi. Cihaz bu frekansın altında iyi bir dayanıklılık gösterdi. Ekip, testlerinden birinde dört ayaklı robotu 8,5 saat boyunca 750.000 döngü boyunca çalıştırdı.
Kaynak: Physics Today
