Wiele owadów i pająków ma niesamowitą zdolność wspinania się po ścianach i chodzenia do góry nogami po sufitach dzięki specjalistycznym lepkim „poduszkom” na odnóżach, które pozwalają im przylegać do powierzchni w miejscach, do których żaden człowiek nie odważyłby się wejść.
Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley wykorzystali cechę kryjącą się za niektórymi z tych podnóżków, zwaną przyczepnością elektrostatyczną, aby stworzyć robota w skali owada, który może skręcać i obracać się ze zwinnością geparda, co daje mu możliwość przemierzania terenu o zróżnicowanej powierzchni i szybkiego unikania nieoczekiwanych przeszkód.
Robot jest zbudowany z cienkiego, warstwowego materiału, który ugina się i kurczy pod wpływem napięcia elektrycznego. W artykule z 2019 r. zespół badawczy wykazał, że tę prostą konstrukcję można wykorzystać do stworzenia robota wielkości karalucha, który może pędzić po płaskiej powierzchni z prędkością 20 długości ciała na sekundę, czyli ponad 2 km na godzinę — uzyskując tym samym prawie prędkość żywych karaluchów i największą względną prędkość każdego robota wielkości owada.
W nowym badaniu zespół badawczy dodał do robota dwie elektrody elektrostatyczne. Przyłożenie napięcia do jednego z podnóżków zwiększa siłę elektrostatyczną między podnóżkiem a powierzchnią, dzięki czemu podpórka mocniej przylega do powierzchni i zmusza resztę robota do obracania się wokół odnóża.
Dwie podkładki zapewniają operatorom pełną kontrolę nad trajektorią robota i pozwalają robotowi wykonywać skręty z przyspieszeniem dośrodkowym, które przekracza możliwości większości owadów.
„Nasz pierwotny robot mógł poruszać się bardzo szybko, ale tak naprawdę nie mogliśmy kontrolować, czy robot porusza się w lewo, czy w prawo, i często poruszał się losowo, ponieważ gdy istniała niewielka różnica w procesie produkcyjnym — gdy robot nie był do końca symetryczny — odchylał się tylko w jedną stronę” — powiedział Liwei Lin, profesor inżynierii mechanicznej na UC Berkeley. „W tej pracy główną innowacją było dodanie tych podnóżków, które umożliwiają wykonywanie bardzo, bardzo szybkich skrętów”.
Aby zademonstrować zwinność robota, zespół badawczy sfilmował robota poruszającego się po labiryntach Lego, niosącego mały czujnik gazu i skręcającego, aby uniknąć spadających odłamków. Ze względu na swoją prostą konstrukcję robot może również przetrwać nadepnięcie przez 50-kilogramowego człowieka.
Małe, solidne roboty, takie jak te, mogą być idealne do prowadzenia operacji poszukiwawczo-ratowniczych lub badania innych niebezpiecznych sytuacji, takich jak wykrywanie potencjalnych wycieków gazu, powiedział Lin. Podczas gdy zespół zademonstrował większość umiejętności robota, gdy był „na uwięzi” lub zasilany i sterowany za pomocą małego przewodu elektrycznego, stworzyli również wersję autonomiczną, która może działać na zasilaniu bateryjnym do 19 minut i zasięgu 31 metrów przy obciążeniu czujnikiem gazu.
„Jednym z największych wyzwań w dzisiejszych czasach jest tworzenie robotów w mniejszym rozmiarze, które zachowują moc i kontrolę większych robotów” – powiedział Lin. „W przypadku robotów o większych gabarytach można bez problemu dołączyć dużą baterię i system sterowania. Ale kiedy próbujesz go coraz bardziej zmniejszyć, ciężar tych elementów staje się trudny do uniesienia dla robota, przez co robot porusza się bardzo wolno. Nasz robot jest bardzo szybki, dość mocny i wymaga bardzo mało energii, dzięki czemu może przenosić czujniki i elektronikę, a także akumulator”.
