Los investigadores han creado un nuevo tipo de pequeño robot impreso en 3D que se mueve aprovechando la vibración de los actuadores piezoeléctricos. fuentes de ultrasonido o incluso altavoces diminutos. Enjambres de estos "micro-robots de cerdas" podrían trabajar juntos para detectar cambios ambientales, mover materiales, o quizás algún día reparar lesiones dentro del cuerpo humano.

Los robots prototipo responden a diferentes frecuencias de vibración en función de sus configuraciones, permitiendo a los investigadores controlar bots individuales ajustando la vibración. Aproximadamente dos milímetros de largo, aproximadamente el tamaño de la hormiga más pequeña del mundo, los robots pueden cubrir cuatro veces su propia longitud en un segundo a pesar de las limitaciones físicas de su pequeño tamaño.

"Estamos trabajando para que la tecnología sea robusta, y tenemos muchas aplicaciones potenciales en mente, "dijo Azadeh Ansari, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática del Instituto de Tecnología de Georgia. "Trabajamos en la intersección de la mecánica, electrónica, biología y física. Es un área muy rica y hay mucho espacio para conceptos multidisciplinarios ".

Un artículo que describe los micro-bristle-bots ha sido aceptado para su publicación en el Revista de Micromecánica y Microingeniería . La investigación fue apoyada por una subvención inicial del Instituto de Electrónica y Nanotecnología de Georgia Tech. Además de Ansari, el equipo de investigación incluye al profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff, Jun Ueda, y a los estudiantes graduados DeaGyu Kim y Zhijian (Chris) Hao.

Los micro-bristle-bots consisten en un actuador piezoeléctrico pegado a un cuerpo de polímero que se imprime en 3D mediante litografía de polimerización de dos fotones (TPP). El actuador genera vibraciones y se alimenta externamente porque ninguna batería es lo suficientemente pequeña para caber en el bot. Las vibraciones también pueden provenir de un agitador piezoeléctrico debajo de la superficie sobre la que se mueven los robots, de una fuente de ultrasonido / sonar, o incluso desde un pequeño altavoz acústico.

Las vibraciones mueven las piernas elásticas hacia arriba y hacia abajo, impulsando el micro-bot hacia adelante. Cada robot puede diseñarse para responder a diferentes frecuencias de vibración según el tamaño de la pierna, diámetro, diseño y geometría general. La amplitud de las vibraciones controla la velocidad a la que se mueven los micro-bots.

"A medida que los micro-robots de cerdas se mueven hacia arriba y hacia abajo, el movimiento vertical se traduce en un movimiento direccional optimizando el diseño de las piernas, que parecen cerdas, "explicó Ansari." Las patas del micro-robot están diseñadas con ángulos específicos que les permiten doblarse y moverse en una dirección en respuesta resonante a la vibración ".

Los micro-bristle-bots se fabrican en una impresora 3-D utilizando el proceso TPP, una técnica que polimeriza un material de resina monomérica. Una vez que la porción del bloque de resina golpeada por la luz ultravioleta se ha desarrollado químicamente, el resto se puede lavar, dejando la estructura robótica deseada.

"Es escritura en lugar de litografía tradicional, "Explicó Ansari." Te quedas con la estructura que escribes con un láser en el material de resina. El proceso ahora lleva bastante tiempo, por lo que estamos buscando formas de escalarlo para hacer cientos o miles de micro-bots a la vez ".

Algunos de los robots tienen cuatro patas, mientras que otros tienen seis. El primer autor DeaGyu Kim hizo cientos de estructuras diminutas para determinar la configuración ideal.

Los actuadores piezoeléctricos, que utilizan el material titanato de circonato de plomo (PZT), vibran cuando se les aplica voltaje eléctrico. En reversa, también se pueden utilizar para generar un voltaje, cuando se vibran, una capacidad que los micro-robots de cerdas podrían usar para encender los sensores a bordo cuando son activados por vibraciones externas.

Ansari y su equipo están trabajando para agregar capacidad de dirección a los robots uniendo dos microbots de cerdas ligeramente diferentes. Debido a que cada uno de los micro-bots unidos respondería a diferentes frecuencias de vibración, la combinación podría manejarse variando las frecuencias y amplitudes. "Una vez que tenga un micro-robot totalmente orientable, te puedes imaginar haciendo muchas cosas interesantes, " ella dijo.

Otros investigadores han trabajado en micro-robots que utilizan campos magnéticos para producir movimiento, Anotó Ansari. Si bien eso es útil para mover enjambres enteros a la vez, Las fuerzas magnéticas no se pueden utilizar fácilmente para abordar robots individuales dentro de un enjambre. Se cree que los micro-robots de cerdas creados por Ansari y su equipo son los robots más pequeños impulsados ​​por vibraciones.

Los microbistle-bots miden aproximadamente dos milímetros de largo, 1,8 milímetros de ancho y 0,8 milímetros de grosor, y pesar unos cinco miligramos. La impresora 3D puede producir robots más pequeños, pero con una masa reducida, las fuerzas de adhesión entre los dispositivos diminutos y una superficie pueden volverse muy grandes. Algunas veces, los micro-bots no se pueden separar de las pinzas que se utilizan para recogerlos.

Ansari y su equipo han construido un "patio de recreo" en el que varios micro-bots pueden moverse a medida que los investigadores aprenden más sobre lo que pueden hacer. También están interesados ​​en desarrollar micro-bots que puedan saltar y nadar.

"Podemos observar el comportamiento colectivo de las hormigas, por ejemplo, y aplicar lo que aprendemos de ellos a nuestros pequeños robots, ", agregó." Estos micro-robots de cerdas caminan muy bien en un entorno de laboratorio, pero hay mucho más que tendremos que hacer antes de que puedan salir al mundo exterior ".