I ricercatori hanno creato un nuovo tipo di minuscolo robot stampato in 3D che si muove sfruttando le vibrazioni degli attuatori piezoelettrici, sorgenti di ultrasuoni o anche minuscoli altoparlanti. Sciami di questi "micro-bot-setole" potrebbero lavorare insieme per rilevare i cambiamenti ambientali, spostare i materiali o forse un giorno riparare le lesioni all'interno del corpo umano.

I robot prototipo rispondono a diverse frequenze di vibrazione a seconda delle loro configurazioni, consentendo ai ricercatori di controllare i singoli robot regolando la vibrazione. Lunghi circa due millimetri, circa le dimensioni della formica più piccola del mondo, i robot possono coprire quattro volte la loro lunghezza in un secondo nonostante i limiti fisici delle loro piccole dimensioni.

"Stiamo lavorando per rendere la tecnologia robusta, e abbiamo molte potenziali applicazioni in mente, " disse Azadeh Ansari, un assistente professore presso la School of Electrical and Computer Engineering presso il Georgia Institute of Technology. "Stiamo lavorando all'intersezione della meccanica, elettronica, biologia e fisica. È un'area molto ricca e c'è molto spazio per concetti multidisciplinari".

Un documento che descrive i micro-bistle-bot è stato accettato per la pubblicazione nel Journal of Micromechanics and Microengineering . La ricerca è stata supportata da una borsa di studio del Georgia Tech's Institute for Electronics and Nanotechnology. Oltre ad Ansari, il gruppo di ricerca comprende il professore associato Jun Ueda della George W. Woodruff School of Mechanical Engineering e gli studenti laureati DeaGyu Kim e Zhijian (Chris) Hao.

I micro-setole-bot sono costituiti da un attuatore piezoelettrico incollato su un corpo polimerico che viene stampato in 3D utilizzando litografia a polimerizzazione a due fotoni (TPP). L'attuatore genera vibrazioni ed è alimentato esternamente perché nessuna batteria è abbastanza piccola da adattarsi al bot. Le vibrazioni possono provenire anche da uno shaker piezoelettrico sotto la superficie su cui si muovono i robot, da una sorgente di ultrasuoni/sonar, o anche da un minuscolo altoparlante acustico.

Le vibrazioni muovono le gambe elastiche su e giù, spingendo il micro-bot in avanti. Ogni robot può essere progettato per rispondere a diverse frequenze di vibrazione a seconda delle dimensioni delle gambe, diametro, disegno e geometria complessiva. L'ampiezza delle vibrazioni controlla la velocità con cui si muovono i micro-bot.

"Mentre i micro-robot si muovono su e giù, il movimento verticale si traduce in un movimento direzionale ottimizzando il disegno delle gambe, che sembrano setole, " ha spiegato Ansari. "Le gambe del micro-robot sono progettate con angoli specifici che consentono loro di piegarsi e muoversi in una direzione in risposta risonante alla vibrazione".

I micro-bistle-bot sono realizzati in una stampante 3D utilizzando il processo TPP, una tecnica che polimerizza un materiale in resina monomerica. Una volta che la porzione del blocco di resina colpita dalla luce ultravioletta si è sviluppata chimicamente, il resto può essere lavato via, lasciando la struttura robotica desiderata.

"È la scrittura piuttosto che la litografia tradizionale, “Ha spiegato Ansari. “Ti rimane la struttura che scrivi con un laser sul materiale in resina. Il processo ora richiede un po' di tempo, quindi stiamo cercando modi per scalarlo fino a creare centinaia o migliaia di micro-bot alla volta".

Alcuni dei robot hanno quattro gambe, mentre altri ne hanno sei. Il primo autore DeaGyu Kim ha realizzato centinaia di minuscole strutture per determinare la configurazione ideale.

Gli attuatori piezoelettrici, che utilizzano il materiale piombo zirconato titanato (PZT), vibrano quando viene loro applicata tensione elettrica. In retromarcia, possono essere utilizzati anche per generare una tensione, quando vibrano, una capacità che i micro-robot con setole potrebbero utilizzare per alimentare i sensori di bordo quando vengono attivati ​​da vibrazioni esterne.

Ansari e il suo team stanno lavorando per aggiungere capacità di guida ai robot unendo due micro-bot leggermente diversi tra loro. Poiché ciascuno dei micro-bot uniti risponderebbe a diverse frequenze di vibrazione, la combinazione potrebbe essere pilotata variando le frequenze e le ampiezze. "Una volta che hai un micro-robot completamente orientabile, puoi immaginare di fare un sacco di cose interessanti, " lei disse.

Altri ricercatori hanno lavorato su micro-robot che utilizzano campi magnetici per produrre movimento, Ansari ha osservato. Sebbene sia utile per spostare interi sciami contemporaneamente, le forze magnetiche non possono essere facilmente utilizzate per indirizzare i singoli robot all'interno di uno sciame. Si ritiene che i micro-bot con setole creati da Ansari e dal suo team siano i più piccoli robot alimentati dalle vibrazioni.

I micro-bistle-bot sono lunghi circa due millimetri, 1,8 millimetri di larghezza e 0,8 millimetri di spessore, e pesare circa cinque milligrammi. La stampante 3D può produrre robot più piccoli, ma con una massa ridotta, le forze di adesione tra i piccoli dispositivi e una superficie possono diventare molto grandi. Qualche volta, i micro-bot non possono essere separati dalle pinzette utilizzate per raccoglierli.

Ansari e il suo team hanno costruito un "parco giochi" in cui più micro-bot possono muoversi mentre i ricercatori imparano di più su cosa possono fare. Sono anche interessati allo sviluppo di micro-robot in grado di saltare e nuotare.

"Possiamo osservare il comportamento collettivo delle formiche, Per esempio, e applichiamo ciò che impariamo da loro ai nostri piccoli robot, " ha aggiunto. "Questi robot con micro setole camminano bene in un ambiente di laboratorio, ma c'è molto di più che dovremo fare prima che possano uscire nel mondo esterno".