De meeste robots gebruiken elektrische actuatoren, maar deze kleine man doet nog veel meer. Onderzoekers hebben een nieuw type miniatuur verbrandingsmotor gemaakt die de kleine kikkerrobot explosieve springcapaciteiten en fijne motoriek geeft.
Het idee om brandstof te verbranden om een robot aan te drijven lijkt misschien uit de vorige eeuw, maar zoals een onderzoeksteam van het Organic Robotics Laboratory van Cornell University opmerkt, zijn de huidige batterijen zwaar en vervoeren ze niet veel energie - dus de prestaties van elektrische actuatoren zijn beperkt.
Deze limieten zouden zelfs nog hoger zijn als in plaats daarvan hoogenergetische chemische brandstoffen zouden worden gebruikt. Daarom ging het team op zoek naar een nieuw type snelle, hoogfrequente robotactuator die ongeveer net zo zou werken als een gewone verbrandingsmotor.
De kleine actuatoren, met een diameter van ongeveer 5 millimeter (0,2 inch), zuigen methaan en zuurstof naar een eenvoudige verbrandingskamer van 0,09 milliliter en ontsteken deze met een vonk. De bovenkant van de verbrandingskamer is bedekt met een laag zeer elastische siliconen drakenhuidfilm, die een beetje functioneert als een zuiger in een automotor. Wanneer brandstof wordt verbrand, strekt deze zich uit om het volume van de verbrandingskamer uit te breiden, en herstelt zich vervolgens snel om het uitlaatgas uit de kleine gaatjes aan de zijkant af te voeren.
Het gebeurt allemaal heel snel, maar het eindresultaat is: hoe groter de impact, hoe meer het membraan loskomt. Deze actuatoren kunnen schokken opvangen met een uitzetting van het holtevolume tot 140%, met krachten van meer dan 9,5 N, en zijn zeer snel en werken indien nodig met een frequentie van meer dan 100 keer per seconde.
Het Cornell-team heeft 3D-geprinte prototypes van deze kleine verbrandingsactuators op de voetzolen van een kleine stijve viervoetige kikkerrobot ingebed, zodat wanneer het membraan van een bepaalde actuator loskomt, de voeten naar beneden worden geduwd. Ze ontwierpen een regelschema dat de vonkfrequentie van de actuator, de brandstofequivalentieverhouding en de brandstofstroom varieerde, combineerden die bedieningselementen vervolgens met de bediening van twee linkerbenen en twee rechterbenen, en begonnen toen te kijken wat ze de robot konden laten doen.
Ze slaagden erin de robot in een oscillerende gang naar voren te laten kruipen en op verschillende hoogtes naar voren te laten springen, ook op hogere oppervlakken. Ze creëerden een kronkelige voorwaartse gang op basis van rotatie en lieten deze ter plekke met de klok mee of tegen de klok in draaien.
Om de explosieve kracht van de actuator te demonstreren, lieten ze de robot maar liefst 56 centimeter (1,8 voet) in de lucht springen, en ze toonden ook aan dat de robot op een verscheidenheid aan vaste, hoge wrijvings-, lage wrijvings- en losse oppervlakken kon bewegen. Ze laadden de robot ook met 32 gram vracht (ruim 22 keer het eigen gewicht van de robot) en lieten zien dat ze nog steeds de beweging van de robot konden controleren.
Ten slotte zouden deze kleine actuatoren robotici een handige extra optie kunnen bieden wanneer ultrasnelle bewegingen vereist zijn. Stel je eens voor hoe mooi het zou zijn als Atlas explosieve hulp zou kunnen bieden met zijn beenhydrauliek of door vuur aangedreven stoten.
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Science. Bekijk de onderstaande video.