Zusammenfassung:
Ein wissenschaftliches Forschungsteam an der North Carolina State University in den Vereinigten Staaten hat erfolgreich einen Miniatur-Soft-Bounce-Roboter mit einer äußerst stromlinienförmigen Struktur entwickelt. Der Roboter enthält keine herkömmlichen Motoren, Getriebe, Batterien oder elektronischen Steuerchips und ist dünner als eine Münze. Es kann unter kontinuierlicher Infrarotlichtbestrahlung unabhängig voneinander Licht und Wärme in mechanische torsionselastische potentielle Energie umwandeln und so einen unendlichen kontinuierlichen Sprungzyklus vom Abheben über das Zurücksetzen in die Luft und das Aufladen bis zum erneuten Abheben absolvieren.
Laut Forschungsdetails, die in Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, besteht der weiche Roboter namens „Ring Leaper“ hauptsächlich aus zwei Schlüsselstrukturen: einem Kreis aus tropfenförmigen flexiblen Polymerstreifen aus Flüssigkristallelastomer (LCE) und einer V-förmigen starren Mikroaluminiumhülse, die an der Spitze des Tropfens befestigt ist. Flüssigkristallelastomer hat thermische Schrumpfeigenschaften. Wenn Infrarotlicht auf die Oberfläche des Roboters trifft, schrumpfen die Molekülketten auf der beheizten Seite und versuchen, eine spontane Rotation zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt behindert das harte V-förmige Aluminiumrohr am vorderen Ende das freie Rollen des Polymers und zwingt das Polymerband dazu, sich wie ein Uhrwerk kontinuierlich nach innen zu drehen, wodurch sich eine große Menge an potenzieller elastischer Verformungsenergie ansammelt. Wenn die Torsionsspannung die kritische Schwelle durchbricht, schlägt das V-förmige Aluminiumrohr sofort nach unten auf den Boden, wodurch die angesammelte Energie sofort freigesetzt wird und der gesamte Roboter hoch in die Luft geschleudert wird.
Das Forschungsteam stellte fest, dass sich der Roboter auf sein eigenes elastisches Materialgedächtnis verlassen kann, um sich während des Flugvorgangs in der Luft automatisch zu erholen und aufzudrehen. Nach der Landung kann es sofort in den nächsten Zyklus der Lichtabsorption und Erwärmung eintreten, ohne dass ein manueller Eingriff oder eine mechanische Rücksetzvorrichtung erforderlich ist. Solange die externe Infrarotlichtquelle beleuchtet bleibt, kann dieser Prozess „Energiespeicherung, Aufprall und Selbstrückstellung“ hunderte Male fortgesetzt werden.
Das Experiment bestätigte außerdem, dass die Bewegungsform und der Gang des Roboters direkt durch die Feinabstimmung des Öffnungswinkels des V-förmigen Aluminiumrohrs gesteuert werden können: Wenn der Winkel auf 120 Grad eingestellt wird, windet sich der Roboter und kriecht nahe am Boden; wenn der Winkel auf 90 Grad reduziert wird, springt der Roboter nach vorne; und wenn der Winkel weiter auf 50 Grad verschärft wird, zeigt der Roboter eine starke Fähigkeit, vertikal in den Himmel zu springen, wobei die maximale Sprunghöhe sogar mehr als das 80-fache seiner eigenen Größe erreichen kann. Darüber hinaus kann durch Hinzufügen einer kleinen Menge Gewicht an seinem runden Ende zur Anpassung des Massenschwerpunkts das Rollen in der Luft wirksam unterdrückt und die Stabilität und Distanz beim Vorwärtsspringen erheblich verbessert werden.
Im Penetrationstest auf verschiedenen komplexen Geländen kletterte der Mikroroboter erfolgreich über Gras, Sand, Kiesstrände, sanfte Hänge und mit Reißzwecken übersäte Hindernisstraßen und demonstrierte damit seine starke Fähigkeit, sich an unregelmäßiges Gelände anzupassen. Die Forscher wiesen darauf hin, dass das System zwar immer noch auf externen Infrarotlichtquellen zur Energieversorgung beruht und es kein unmittelbares kommerzielles Produkt gibt, dieser grundlegende Durchbruch bei der Verwendung geometrischer Strukturen und intelligenter Materialien zur Erzielung selbstfahrender Zyklen den technischen Engpass herkömmlicher Micro-Soft-Roboter, die auf sperrige Energiespeicher-Rücksetzmechanismen angewiesen sind, vollständig überwunden hat und neue Designideen und Hardware-Referenzen für zukünftige Umgebungserkennung, Schwarm-Mikroroboter und unstrukturierte Suche und Rettung nach Katastrophenruinen liefert.
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