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受萤火虫启发,麻省理工研发出发光昆虫型机器人

2022-06-23 15:39:10 MIT 阅读:
受萤火虫的启发,MIT研究人员创造了昆虫型的机器人,它们可以在飞行时发光,从而实现运动跟踪和通信。

在温暖的夏日夜晚照亮昏暗的后院的萤火虫利用它们的发光进行交流——吸引配偶、抵御掠食者或引诱猎物。DWsednc

这些闪闪发光的虫子也激发了麻省理工学院科学家的灵感。从大自然中汲取灵感,他们为飞行的昆虫级机器人制造了电致发光的柔软人造肌肉。控制机器人翅膀的微小人造肌肉在飞行过程中会发出彩色光。DWsednc

这种电致发光可以使机器人相互通信。例如,如果将搜索和救援任务派往倒塌的建筑物中,找到幸存者的机器人可以使用灯光向其他人发出信号并寻求帮助。DWsednc

发光的能力也让这些仅比回形针稍重的微型机器人,距离在实验室外自主飞行更近了一步。这些机器人非常轻巧,无法携带传感器,此前研究人员必须使用在户外无法正常工作的笨重红外摄像机来跟踪它们,大型机器人可以使用许多不同的工具进行通信——蓝牙、无线等等。但小型、功率受限的机器人却需要新的通信模式。DWsednc

现在,他们已经证明他们可以使用机器人发出的光和三个智能手机摄像头精确跟踪机器人。DWsednc

研究人员通过将微小的电致发光粒子嵌入人造肌肉中来实现这一目标。该过程仅增加了 2.5% 的重量,而不会影响机器人的飞行性能。DWsednc

这些研究人员之前展示了一种新的制造技术,用于制造能够拍动机器人翅膀的软致动器或人造肌肉。这些耐用的致动器是通过交替堆叠的超薄弹性体和碳纳米管电极层制成的,然后将其卷成柔软的圆柱体。当向该气缸施加电压时,电极会挤压弹性体,机械应变会拍打机翼。DWsednc

为了制造发光的致动器,该团队将电致发光硫酸锌颗粒加入弹性体中,但在此过程中必须克服几个挑战。DWsednc

首先,研究人员必须制造一种不会阻挡光线的电极。他们使用高度透明的碳纳米管建造它,这些碳纳米管只有几纳米厚,可以让光线通过。DWsednc

DWsednc

然而,锌颗粒只有在非常强的高频电场存在时才会发光。该电场激发锌颗粒中的电子,然后发射称为光子的亚原子光粒子。研究人员利用高压在软致动器中产生强电场,然后以高频驱动机器人,使粒子发光。DWsednc

当他们对执行器进行原型设计时,他们发现添加锌颗粒会降低其质量,使其更容易分解。为了解决这个问题,Kim 仅将锌颗粒混合到顶部弹性体层中。他使该层厚了几微米,以适应输出功率的任何降低。DWsednc

虽然这使致动器重了 2.5%,但它在不影响飞行性能的情况下发光。DWsednc

调整锌颗粒的化学组合会改变光的颜色。研究人员为他们制造的致动器制造了绿色、橙色和蓝色颗粒;每个执行器都会发出一种纯色。DWsednc

他们还调整了制造过程,使致动器可以发出多色和图案化的光。研究人员在顶层放置了一个小面罩,添加了锌颗粒,然后固化了执行器。他们用不同的面具和彩色粒子重复这个过程三遍,创造出一种拼写为 MIT 的光图案。DWsednc

研究人员还使用专门设计的运动跟踪系统进行飞行测试。每个电致发光致动器都充当了可以使用 iPhone 摄像头跟踪的主动标记。摄像机检测每种光的颜色,他们开发的计算机程序将机器人的位置和姿态跟踪到最先进的红外运动捕捉系统的 2 毫米范围内。DWsednc

未来,他们计划增强该运动跟踪系统,以便实时跟踪机器人。该团队正在努力整合控制信号,以便机器人可以在飞行过程中打开和关闭灯光,并更像真正的萤火虫一样进行交流。DWsednc

责编:Demi
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