O robô de salto do tamanho de insetos pode atravessar terrenos desafiadores e carregar cargas pesadas

Os robôs em escala de insetos podem se espremer em lugares que seus colegas maiores não podem, como profundamente em um prédio em colapso para procurar sobreviventes após um terremoto. No entanto, à medida que se movem pelos escombros, pequenos robôs rastreadores podem encontrar obstáculos altos que não conseguem escalar ou superfícies inclinadas, eles deslizarão para baixo. Embora os robôs aéreos possam evitar esses riscos, a quantidade de energia necessária para o vôo limitaria severamente o quão longe o robô pode viajar para os destroços antes de precisar voltar à base e recarregar.

Para obter o melhor dos dois métodos de locomoção, os pesquisadores do MIT desenvolveram um robô de salto que pode pular obstáculos altos e pular superfícies inclinadas ou irregulares, enquanto usa muito menos energia do que um robô aéreo. A pesquisa aparece em Avanços científicos.

O robô de salto, que é menor que um polegar humano e pesa menos que um clipe de papel, tem uma perna elástica que o impulsiona para o chão e quatro módulos de asa de blaqueamento que lhe aumentam e controlam sua orientação.

O robô pode pular cerca de 20 centímetros no ar, ou quatro vezes sua altura, a uma velocidade lateral de cerca de 30 centímetros por segundo, e não tem problemas para pular através de gelo, superfícies úmidas e solo desigual, ou mesmo em um drone pairando. O tempo todo, o robô de salto consome cerca de 60% menos energia do que seu primo voador.

Devido ao seu peso leve e durabilidade e à eficiência energética do processo de salto, o robô pode transportar cerca de 10 vezes mais carga útil do que um robô aéreo de tamanho semelhante, abrindo a porta para muitas novas aplicações.

“Ser capaz de colocar baterias, circuitos e sensores a bordo tornou-se muito mais viável com um robô de salto do que um voador. Nossa esperança é que um dia esse robô possa sair do laboratório e ser útil em cenários do mundo real”, diz Yi-Hsuan (Nemo) Hsiao, um estudante de graduação e co-líder de um autor de um autor de um trabalho (Nemo), um aluno de graduação e co-líder de um autor de um autor de um trabalho (o depurador), um aluno de pós-graduação e co-líder de um autor de um autor de um trabalho de um co-líder de um trabalho sobre o MIT.

Maximizar a eficiência

O salto é comum entre os insetos, de pulgas que saltam para novos hospedeiros a gafanhotos que se encaixam em torno de um prado. Enquanto o salto é menos comum entre os robôs em escala de insetos, que geralmente voam ou rastreiam, o salto oferece muitas vantagens para a eficiência energética.

Quando um robô salta, transforma a energia potencial, que vem de sua altura do solo, em energia cinética quando cai. Essa energia cinética se transforma de volta à energia potencial quando atinge o solo e depois volta ao cinético à medida que sobe e assim por diante.

Para maximizar a eficiência desse processo, o robô do MIT é equipado com uma perna elástica feita de uma mola de compressão, que é semelhante à mola em uma caneta de cliques. Esta primavera converte a velocidade descendente do robô em velocidade ascendente quando atinge o chão.

“Se você tem uma mola ideal, seu robô pode simplesmente pular sem perder energia. Mas, como nossa mola não é ideal, usamos os módulos de batendo para compensar a pequena quantidade de energia que perde quando faz contato com o solo”, explica Hsiao.

À medida que o robô salta de volta ao ar, as asas batendo proporcionam elevador, garantindo que o robô permaneça na vertical e tenha a orientação correta para o seu próximo salto. Seus quatro mecanismos de asa blafeting são alimentados por gotas suaves ou músculos artificiais, que são duráveis ​​o suficiente para suportar impactos repetidos com o solo sem serem danificados.

“Estamos usando o mesmo robô para toda essa série de experimentos e nunca precisamos parar e consertá -lo”, acrescenta Hsiao.

A chave para o desempenho do robô é um mecanismo de controle rápido que determina como o robô deve ser orientado para o próximo salto. A detecção é realizada usando um sistema de rastreamento de movimento externo e um algoritmo de observador calcula as informações de controle necessárias usando medições do sensor.

Enquanto o robô salta, segue uma trajetória balística, arqueando pelo ar. No auge dessa trajetória, estima sua posição de pouso. Então, com base em seu ponto de aterrissagem alvo, o controlador calcula a velocidade de decolagem desejada para o próximo salto. Enquanto transportado pelo ar, o robô retira suas asas para ajustar sua orientação, para que atinja o solo com o ângulo e o eixo corretos para se mover na direção correta e na velocidade certa.

Durabilidade e flexibilidade

Os pesquisadores colocaram o robô de salto e seu mecanismo de controle, à prova de uma variedade de superfícies, incluindo grama, gelo, vidro úmido e solo desigual – atravessou com sucesso todas as superfícies. O robô podia até pular em uma superfície que era dinamicamente inclinada.

“O robô realmente não se importa com o ângulo da superfície em que está aterrissando. Desde que não escorregue quando atinge o chão, tudo bem”, diz Hsiao.

Como o controlador pode lidar com vários terrenos, o robô pode facilmente fazer a transição de uma superfície para outra sem perder uma batida.

Por exemplo, pular na grama requer mais impulso do que pular no vidro, uma vez que lâminas de grama causam um efeito de amortecimento que reduz sua altura de salto. O controlador pode bombear mais energia para as asas do robô durante sua fase aérea para compensar.

Devido ao seu tamanho pequeno e peso leve, o robô tem um momento ainda menor de inércia, o que o torna mais ágil do que um robô maior e mais capaz de suportar colisões.

Os pesquisadores mostraram sua agilidade demonstrando mudanças acrobáticas. O robô de penas também pode entrar em um drone no ar sem danificar nenhum dos dispositivos, o que pode ser útil em tarefas colaborativas.

Além disso, enquanto a equipe demonstrou um robô de salto que carregava o dobro do seu peso, a carga útil máxima pode ser muito maior. Adicionar mais peso não prejudica a eficiência do robô. Em vez disso, a eficiência da primavera é o fator mais significativo que limita o quanto o robô pode transportar.

Avançando, os pesquisadores planejam alavancar sua capacidade de transportar cargas pesadas instalando baterias, sensores e outros circuitos no robô, na esperança de permitir que ele salte de forma autônoma fora do laboratório.