회복력이 뛰어난 버그

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호박벌은 서투른 전단지입니다. 먹이를 찾는 꿀벌은 초당 한 번씩 꽃과 부딪히며 시간이 지남에 따라 날개가 손상되는 것으로 추정됩니다. 그러나 날개에 작은 찢어짐이나 구멍이 많이 있음에도 불구하고 호박벌은 여전히 ​​날 수 있습니다.

반면에 공중 로봇은 회복력이 좋지 않습니다. 로봇의 날개 모터에 구멍을 뚫거나 프로펠러의 일부를 잘라내면 로봇이 접지될 확률이 꽤 높습니다.

MIT 연구원들은 호박벌의 강인함에서 영감을 받아 벌레 크기의 공중 로봇이 날개에 동력을 공급하는 액추에이터 또는 인공 근육에 심각한 손상을 입으면서도 효과적으로 비행할 수 있는 수리 기술을 개발했습니다.

그들은 로봇이 결함을 더 잘 격리하고 액추에이터의 작은 구멍과 같은 경미한 손상을 극복할 수 있도록 이러한 인공 근육을 최적화했습니다. 또한 화재로 인해 장치가 타는 등 심각한 손상으로부터 로봇을 복구하는 데 도움이 되는 새로운 레이저 수리 방법을 시연했습니다.

그들의 기술을 사용하여 손상된 로봇은 인공 근육 중 하나가 10개의 바늘로 찔린 후에도 비행 수준의 성능을 유지할 수 있었고 액추에이터는 큰 구멍이 타버린 후에도 여전히 작동할 수 있었습니다. 그들의 수리 방법을 통해 연구원들은 날개 끝의 20%를 잘라낸 후에도 로봇이 계속 비행할 수 있었습니다.

이를 통해 작은 로봇 떼가 무너지는 건물이나 울창한 숲 속에서 수색 임무를 수행하는 등 거친 환경에서 작업을 더 잘 수행할 수 있게 될 수 있습니다.

"우리는 부드러운 인공 근육의 역학을 이해하는 데 많은 시간을 보냈으며, 새로운 제조 방법과 새로운 이해를 통해 곤충과 비교할 수 있는 손상에 대한 회복력 수준을 보여줄 수 있습니다."라고 케빈 첸(Kevin Chen) 박사는 말합니다. Reid Weedon, Jr. 전기 공학 및 컴퓨터 과학과(EECS) 조교수, 전자 연구소(RLE)의 소프트 및 마이크로 로봇 공학 연구소 소장, 이 최신 논문의 수석 저자 발전. “우리는 이것에 대해 매우 기대하고 있습니다. 그러나 곤충은 날개의 최대 40%를 잃어도 여전히 날 수 있다는 점에서 여전히 우리보다 우월합니다. 아직 보완해야 할 작업이 남아 있습니다.”

Chen은 EECS 대학원생인 공동 저자인 Suhan Kim과 Yi-Hsuan Hsiao와 함께 논문을 썼습니다. 이영훈 박사후 연구원; 화학공학과 대학원생 Weikun "Spencer" Zhu; EECS 대학원생 Zhijian Ren; MIT EECS의 EE Landsman 경력 개발 조교수이자 RLE 회원인 Farnaz Niroui. 이 기사는 오늘 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 실렸습니다.

로봇 수리 기술

Chen의 연구실에서 개발 중인 작은 직사각형 로봇은 마이크로카세트 테이프와 크기와 모양이 거의 같지만 로봇 한 대의 무게는 종이 클립보다 약간 더 나갑니다. 각 모서리에 있는 날개는 기계적 힘을 사용하여 날개를 빠르게 퍼덕이는 부드러운 인공 근육인 유전체 탄성체 액추에이터(DEA)에 의해 구동됩니다. 이 인공 근육은 두 개의 면도칼처럼 얇은 전극 사이에 끼운 엘라스토머 층으로 만들어진 다음 질퍽한 튜브로 굴립니다. DEA에 전압이 가해지면 전극이 엘라스토머를 압착하여 날개를 펄럭입니다.

그러나 미세한 결함으로 인해 스파크가 발생하여 엘라스토머가 타거나 장치가 고장날 수 있습니다. 약 15년 ​​전, 연구원들은 자가 제거(self-clearing)라는 물리적 현상을 사용하여 하나의 작은 결함으로 인한 DEA 실패를 방지할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이 과정에서 DEA에 고전압을 가하면 작은 결함 주변의 국부 전극이 분리되어 해당 결함이 전극의 나머지 부분과 분리되어 인공 근육이 계속 작동하게 됩니다.