Miniaturowy robot lata jak owad. Nie potrzebuje baterii ani śmigieł

Trzmiel z laboratorium

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley zaprojektowali miniaturowe urządzenie inspirowane owadami, które potrafi latać i manewrować w powietrzu jak trzmiel. Ma zaledwie 9,4 milimetra szerokości, waży tylko 21 miligramów, a mimo to z łatwością utrzymuje się w powietrzu. Robot bez baterii powstał dzięki obserwacji natury – szczególnie pszczół i trzmieli. Precyzja ich lotu i zwrotność od dawna fascynują inżynierów.

„Pszczoły wykazują niezwykłe zdolności związane z lataniem, takie jak nawigacja, zawisanie i zapylanie – czego nie potrafią sztuczne latające roboty podobnych rozmiarów. Ten latający robot sterowany bezprzewodowo może zbliżyć się i trafić w wyznaczony cel, naśladując mechanizm zapylania, gdy pszczoła zbiera nektar i odlatuje” – powiedział prof. Liwei Lin z wydziału budowy maszyn Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley w rozmowie z portalem uczelni.

Podstawowy element robota stanowi wydrukowany w 3D polimerowy szkielet przypominający śmigło. W jego wnętrzu umieszczono dwa mikroskopijne magnesy neodymowe, które reagują na zmienne pole magnetyczne generowane z zewnątrz. Gdy to pole zostaje uruchomione, robot zaczyna się obracać i unosić w powietrze.

Polecamy: T-1000 z „Terminatora” ożyje. Naukowcy tworzą zmiennokształtne roboty

Robot bez baterii i elektroniki

Zamiast z tradycyjnego napędu robot korzysta z nietypowego rozwiązania – zmiennego pola magnetycznego. To właśnie ono wprawia magnesy w ruch, uruchamia śmigło i generuje siłę nośną. Kierunek i intensywność pola można precyzyjnie modulować, co pozwala sterować lotem robota w różnych osiach.

Nie ma on ani własnych czujników, ani elektroniki pokładowej. To sprawia, że jest niezwykle lekki – na tyle, że może utrzymać się w powietrzu nawet przy minimalnej sile nośnej. Taka konstrukcja sprawdza się szczególnie dobrze w miejscach trudno dostępnych, na przykład w szczelinach instalacji przemysłowych, wnętrzach rur czy mikroskopijnych przestrzeniach badawczych.

Za dodatkową stabilność odpowiada tak zwany pierścień równoważący, który pełni funkcję żyroskopu. Dzięki niemu robot zachowuje równowagę nawet w przypadku lekkich zakłóceń w otoczeniu.

Nowe horyzonty: od rolnictwa po medycynę

Choć obecnie robot potrafi jedynie wykonywać ruchy zaprogramowane z zewnątrz, jego twórcy pracują nad zwiększeniem autonomii urządzenia. Planują wyposażenie go w czujniki, które pozwolą reagować na zmiany w otoczeniu – na przykład podmuchy wiatru, przeszkody czy konieczność korekty toru lotu.

„Chcemy dodać systemy, które pozwolą robotowi samodzielnie się stabilizować i dostosowywać do warunków w czasie rzeczywistym. To byłby pierwszy krok do pełnej autonomii tak małych maszyn” – wyjaśnia Wei Yue, doktorant z zespołu prof. Lina.

Naukowcy pracują także nad dalszą miniaturyzacją. Ich celem jest stworzenie robota o średnicy poniżej jednego milimetra, co dałoby wiele nowych możliwości – od ultra precyzyjnych pomiarów po zastosowania w medycynie.

„Jeśli uda nam się zbudować robota, który zmieści się w igle, moglibyśmy wstrzyknąć go do organizmu człowieka. Tam mógłby udrażniać naczynia krwionośne, usuwać mikroskrzepy albo współpracować z innymi robotami, tworząc struktury wspierające leczenie” – dodaje Yue.

Robot bez baterii to tylko początek

Zespół badawczy z Berkeley nie ogranicza się do jednego rozwiązania. Oprócz maszyny przypominającej trzmiela naukowcy tworzą również inne miniaturowe konstrukcje inspirowane światem przyrody. Wśród nich znajduje się wyjątkowo odporny robot wzorowany na karaluchu, zdolny do poruszania się po ziemi i przetrwania nawet nadepnięcia przez człowieka. Roboty bez baterii, napędzane polem magnetycznym, to tylko początek nowej generacji mikrourządzeń.

Kolejnym etapem rozwoju są tak zwane roboty roju – maleńkie jednostki, które mogą ze sobą współpracować niczym mrówki. Taka technologia mogłaby znaleźć zastosowanie w ratownictwie, budownictwie, wojsku, a nawet w eksploracji przestrzeni kosmicznej.

„Tworzę roboty o długości 5 milimetrów, które potrafią pełzać, obracać się i tworzyć łańcuchy. Wyobraźcie sobie sytuację, w której te malutkie maszyny łączą się wewnątrz ciała i formują stent. To przyszłość medycyny – stanie się mikroskopijna, precyzyjna i zautomatyzowana” – mówi Yue. 

Choć takie konstrukcje to tylko prototypy, ich możliwości już dziś robią wrażenie. Zespół prof. Lina udowodnił, że nawet bez baterii i komputerów pokładowych można zaprojektować urządzenie zdolne do precyzyjnego lotu. Badania pokazują, że świat miniaturowej robotyki dopiero się rozkręca – a my jesteśmy świadkami jego narodzin.

Polecamy: Bateria działa 50 lat i zmieści się w dłoni. Jest zasilana atomem