I motori a reazione possono avere fino a 25, 000 singole parti, rendendo la manutenzione regolare un'attività noiosa che può richiedere più di un mese per motore. Molti componenti si trovano in profondità all'interno del motore e non possono essere ispezionati senza smontare la macchina, aggiungendo tempi e costi alla manutenzione. Questo problema non è limitato solo ai motori a reazione, o; molti complicati, macchine costose come attrezzature per l'edilizia, generatori, e gli strumenti scientifici richiedono grandi investimenti di tempo e denaro per l'ispezione e la manutenzione.

I ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard e della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno creato un micro-robot i cui piedini elettroadesivi, articolazioni della caviglia di origami, e l'andatura di camminata appositamente progettata gli consentono di arrampicarsi su superfici conduttive verticali e capovolte, come le pareti interne di un motore a reazione commerciale. Il lavoro è segnalato in Robotica scientifica .

"Ora che questi robot possono esplorare in tre dimensioni invece di spostarsi semplicemente avanti e indietro su una superficie piana, c'è un mondo completamente nuovo in cui possono muoversi e interagire, " ha detto il primo autore Sébastien de Rivaz, un ex ricercatore presso il Wyss Institute e SEAS che ora lavora in Apple. "Un giorno potrebbero consentire l'ispezione non invasiva di aree difficili da raggiungere di grandi macchine, risparmiando tempo e denaro alle aziende e rendendo quelle macchine più sicure."

Il nuovo robot, chiamato HAMR-E (Harvard Ambulatory Micro-Robot with Electroadhesion), è stato sviluppato in risposta a una sfida lanciata all'Harvard Microrobotics Lab da Rolls-Royce, che chiedeva se fosse possibile progettare e costruire un esercito di micro-robot in grado di arrampicarsi all'interno di parti dei suoi motori a reazione inaccessibili ai lavoratori umani. I robot rampicanti esistenti possono affrontare superfici verticali, ma prova dei problemi quando cerchi di arrampicarti a testa in giù, poiché richiedono una grande quantità di forza adesiva per evitare che cadano.

Il team ha basato HAMR-E su uno dei suoi micro-robot esistenti, HAMR, le cui quattro gambe gli permettono di camminare su superfici piane e nuotare nell'acqua. Mentre il design di base di HAMR-E è simile a HAMR, gli scienziati hanno dovuto risolvere una serie di sfide per far sì che HAMR-E si attenesse e attraversasse con successo la verticale, invertito, e superfici curve che incontrerebbe in un motore a reazione.

Primo, avevano bisogno di creare cuscinetti adesivi che mantenessero il robot attaccato alla superficie anche quando capovolto, ma anche rilasciare per consentire al robot di "camminare" sollevando e appoggiando i piedi. I pad sono costituiti da un elettrodo di rame isolato in poliimmide, che consente la generazione di forze elettrostatiche tra i pad e la superficie conduttiva sottostante. Le imbottiture possono essere facilmente rilasciate e reinserite attivando e disattivando il campo elettrico, che funziona a una tensione simile a quella necessaria per muovere le gambe del robot, richiedendo quindi pochissima potenza aggiuntiva. I piedini elettroadesivi possono generare forze di taglio di 5,56 grammi e forze normali di 6,20 grammi, più che sufficienti per evitare che il robot da 1,48 grammi scivoli o cada dalla superficie di arrampicata. Oltre a fornire elevate forze adesive, i pad sono stati progettati per essere in grado di flettersi, permettendo così al robot di arrampicarsi su superfici curve o irregolari.

Gli scienziati hanno anche creato nuove articolazioni della caviglia per HAMR-E che possono ruotare in tre dimensioni per compensare le rotazioni delle gambe mentre cammina, permettendogli di mantenere il suo orientamento sulla sua superficie di arrampicata. I giunti sono stati realizzati in fibra di vetro stratificata e poliimmide, e piegato in una struttura simile a un origami che consente alle caviglie di tutte le gambe di ruotare liberamente, e per allinearsi passivamente con il terreno mentre HAMR-E sale.

Finalmente, i ricercatori hanno creato uno speciale modello di camminata per HAMR-E, poiché deve avere tre cuscinetti per i piedi che toccano sempre una superficie verticale o invertita per evitare che cada o scivoli via. Un piede si stacca dalla superficie, oscilla in avanti, e si riattacca mentre i restanti tre piedi rimangono attaccati alla superficie. Allo stesso tempo, una piccola quantità di coppia viene applicata dal piede diagonalmente rispetto al piede sollevato per evitare che il robot si allontani dalla superficie di arrampicata durante la fase di oscillazione delle gambe. Questo processo viene ripetuto per le altre tre gambe per creare un ciclo di camminata completo, ed è sincronizzato con il modello di commutazione del campo elettrico su ciascun piede.

Quando HAMR-E è stato testato su superfici verticali e invertite, era in grado di realizzare più di cento passi di fila senza staccarsi. Camminava a velocità paragonabili ad altri piccoli robot da arrampicata su superfici invertite e leggermente più lento di altri robot da arrampicata su superfici verticali, ma era significativamente più veloce di altri robot su superfici orizzontali, rendendolo un buon candidato per esplorare ambienti che hanno una varietà di superfici in diverse disposizioni nello spazio. È anche in grado di eseguire virate di 180 gradi su superfici orizzontali.

HAMR-E ha anche manovrato con successo intorno a una curva, sezione invertita di un motore a reazione rimanendo attaccato, e le sue articolazioni passive della caviglia e i cuscinetti adesivi dei piedi erano in grado di adattarsi alle caratteristiche ruvide e irregolari della superficie del motore semplicemente aumentando la tensione di elettroadesione.

Il team sta continuando a perfezionare HAMR-E, e prevede di incorporare sensori nelle sue gambe in grado di rilevare e compensare i cuscinetti dei piedi staccati, che aiuterà a evitare che cada da superfici verticali o invertite. La capacità di carico utile di HAMR-E è anche maggiore del proprio peso, aprendo la possibilità di trasportare un alimentatore e altra elettronica e sensori per ispezionare vari ambienti. Il team sta anche esplorando le opzioni per l'utilizzo di HAMR-E su superfici non conduttive.

"Questa iterazione di HAMR-E è il primo e più convincente passo verso la dimostrazione che questo approccio a un robot da arrampicata su scala centimetrica è possibile, e che tali robot potrebbero in futuro essere utilizzati per esplorare qualsiasi tipo di infrastruttura, compresi gli edifici, tubi, motori, generatori, e altro ancora, " ha detto l'autore corrispondente Robert Wood, dottorato di ricerca, che è membro fondatore della facoltà del Wyss Institute e professore di ingegneria e scienze applicate Charles River presso SEAS.

"Mentre gli scienziati accademici sono molto bravi a proporre domande fondamentali da esplorare in laboratorio, a volte sono necessarie collaborazioni con scienziati industriali che comprendono i problemi del mondo reale per sviluppare tecnologie innovative che possono essere tradotte in prodotti utili. Siamo entusiasti di contribuire a catalizzare queste collaborazioni qui al Wyss Institute, e per vedere i progressi rivoluzionari che emergono, " ha dichiarato il direttore fondatore di Wyss Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso la Harvard Medical School e il Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, e Professore di Bioingegneria presso SEAS.