مهندسان شرکت تویوتا توانسته‌اند یک ربات حشره طراحی کنند که بدون نیاز به باتری و تنها از طریق شارژ بی‌سیم قادر به پرواز است.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد به نقل از تکسپلور محققان آزمایشگاه مرکزی تحقیق و توسعه تویوتا اخیراً یک ربات هوایی در مقیاس حشرات با بال‌های تکان‌دهنده ساخته‌اند که با استفاده از فناوری فرکانس رادیویی بی‌سیم کار می‌کند. این ربات که در مقاله منتشر شده در Nature Electronics ارائه شده است. بر اساس یک گیرنده توان فرکانس رادیویی با چگالی توان به وزن قابل توجه ۴۹۰۰ W kg-1 است.
تاکاشی اوزاکی، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است، به TechXplore گفت: «پهپادهای کوچک معمولاً به دلیل منبع انرژی، زمان کار بسیار محدودی دارند.
“هدف از تحقیقات اخیر ما غلبه بر این محدودیت بود. در حال حاضر منبع تغذیه بدون تماس با استفاده از امواج الکترومغناطیسی در محصولات مختلف مورد استفاده عملی قرار گرفته است، اما مشخص نیست که تا چه حد می توان آن را برای ربات های پرنده کوچک اعمال کرد.”
هدف مطالعه
هدف اصلی مطالعه اخیر اوزاکی و همکارانش این بود که یک ربات پرنده به اندازه یک حشره را با استفاده از فناوری شارژ بی‌سیم بدون تماس تامین کند. ربات ایجاد شده توسط محققان اساساً از یک محرک پیزوالکتریک بالدار تشکیل شده است که از طریق یک آنتن دوقطبی ۵ گیگاهرتز تغذیه می شود.
اوزاکی گفت: «یکی از ویژگی‌های کلیدی ربات ما یک حرکت بال زدن بسیار کارآمد است که با استفاده از مواد پیزوالکتریک تک کریستال پرقدرت و طرح‌بندی کم تلفات با دو بال روبروی یکدیگر، مانند دست زدن، به دست می‌آید. “این طراحی راندمان قدرت به وزن قابل مقایسه با حشرات زنده را ممکن می کند.”
چالش ها
یکی از چالش‌های کلیدی که مهندسانی که در تلاش برای ایجاد ربات‌هایی با اندازه مینیاتوری هستند با آن مواجه می‌شوند، فرار حرارتی ناشی از تلفات برق است. اوزاکی و همکارانش برای غلبه بر این چالش، طراحی مدار ربات خود را بهینه کردند و اطمینان حاصل کردند که اجزایی که گرما تولید می کنند، نزدیک به هم یا در کنار یکدیگر قرار نگیرند.
علاوه بر این، محققان از گیرنده توان فرکانس رادیویی با چگالی توان به وزن استفاده کردند که به طور قابل توجهی بالاتر از باتری‌های لیتیوم پلیمری با جرم مشابه است. این به طور قابل توجهی کارایی و زمان کار ربات را بهبود بخشید.
اوزاکی گفت: “من فکر می کنم مهم ترین یافته ما این است که یک مدار زیر گرمی می تواند توان بالای بیش از ۱ وات را در فاصله ای از طریق یک موج RF دریافت و اداره کند.” این نشان می‌دهد که نه تنها روبات‌های پرنده، بلکه کاربردهای مختلف دیگری که نیاز به قدرت زیاد در اندازه کوچک دارند، بدون باتری قابل اجرا هستند.»
مشخصات
اوزاکی و همکارانش برای ارزیابی اثربخشی طراحی خود، مجموعه ای از آزمایشات را انجام دادند. در این آزمایش‌ها، آن‌ها توانستند این ربات به اندازه حشره را به صورت یکپارچه و بدون نیاز به باتری یا سیم از زمین بلند کنند.
ربات ساخته شده توسط این تیم از محققان تنها ۱.۸ گرم وزن دارد. بنابراین بیش از ۲۵ برابر سبک تر از سایر وسایل نقلیه کوچک اندازه گیری شده با فرکانس رادیویی است که در گذشته ساخته شده اند. بنابراین، در آینده می‌تواند برای انجام مأموریت‌های پیچیده که مستلزم ورود به شکاف‌ها، لوله‌ها یا دیگر فضاهای بسیار محدود است، بسیار ارزشمند باشد.
اوزاکی گفت: “در این مقاله، ما با موفقیت برخاستن را نشان داده ایم.” “گام بعدی این است که این فناوری منبع تغذیه را با کنترل نگرش ترکیب کنیم تا این ربات شناور شود و آزادانه در هوا حرکت کند. ما معتقدیم که این از نظر فنی امکان پذیر است، زیرا قبلاً موفق شده ایم نگرش ربات را با برق سیمی کنترل کنیم.”