Estás leyendo la publicación: Los robots a escala de insectos emiten luz cuando vuelan
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts se inspiró en las luciérnagas para crear actuadores suaves que pueden emitir luz en diferentes colores o patrones al volar. Los músculos artificiales controlan las alas de los robots voladores y se iluminan cuando están en modo de vuelo. Este nuevo enfoque proporciona una forma innovadora de rastrear a los robots voladores y podría ayudarlos a comunicarse.
La nueva investigación fue publicada en Letras de robótica y automatización IEEE.
Los músculos artificiales blandos electroluminiscentes podrían usarse para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, los robots podrían desempeñar un papel en una misión de búsqueda y rescate, donde podrían encontrar supervivientes y pedir ayuda a otros robots.
Seguimiento y habilitación de la comunicación
Los robots a microescala solo pesan un poco más que un clip, y su capacidad para emitir luz podría ayudarlos a volar por sí mismos fuera del entorno del laboratorio. Debido a su peso, los microbots no pueden llevar ningún sensor, lo que significa que los investigadores tuvieron que rastrearlos con cámaras infrarrojas que luchan al aire libre. Sin embargo, el equipo ha ideado un nuevo método para rastrearlos utilizando la luz que emiten y tres cámaras de teléfonos inteligentes.
Kevin Chen es el profesor asistente D. Reid Weedon, Jr. en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS), el jefe del Laboratorio de Robótica Suave y Micro en el Laboratorio de Investigación de Electrónica (RLE) y el autor principal de el papel.
“Si piensas en robots a gran escala, pueden comunicarse usando muchas herramientas diferentes: Bluetooth, inalámbrico, todo ese tipo de cosas. Pero para un robot diminuto y con limitaciones de energía, nos vemos obligados a pensar en nuevos modos de comunicación. Este es un paso importante para hacer volar estos robots en ambientes al aire libre donde no tenemos un sistema de seguimiento de movimiento de última generación bien ajustado”, dice Chen.
Hacer que los microrobots brillen
El equipo incrustó minúsculas partículas electroluminiscentes en los músculos artificiales, lo que solo agrega un 2,5 por ciento más de peso sin afectar el rendimiento de vuelo del robot.
El grupo de investigadores desarrolló previamente una nueva técnica de fabricación para construir actuadores suaves que agitan las alas del robot. Se crean alternando capas ultrafinas de elastómero y electrodos de nanotubos de carbono en una pila antes de enrollarlos en un cilindro blando. Después de aplicar un voltaje al cilindro, los electrodos aprietan el elastómero y esta tensión hace que las alas se muevan.
Para crear el actuador brillante, el equipo colocó partículas de sulfato de zinc electroluminiscentes en el elastómero, pero esto requirió algo de trabajo.
Los investigadores primero tuvieron que crear un electrodo que no bloqueara la luz. Hicieron esto mediante el uso de nanotubos de carbono altamente transparentes, que permiten el paso de la luz. Incluso con estos nanotubos, las partículas de zinc aún requerían un campo eléctrico muy fuerte y de alta frecuencia para encenderse. El electrocampo excita los electrones en las partículas de zinc, haciendo que estas últimas emitan partículas subatómicas de luz, o fotones. Luego se creó un fuerte campo eléctrico con un alto voltaje en el actuador suave, y se usó para impulsar el robot a alta frecuencia. Este proceso permitió que las partículas se iluminaran.
“Tradicionalmente, los materiales electroluminiscentes son energéticamente muy costosos, pero en cierto sentido, obtenemos esa electroluminiscencia de forma gratuita porque solo usamos el campo eléctrico a la frecuencia que necesitamos para volar. No necesitamos nueva actuación, nuevos cables, ni nada. Solo se necesita alrededor de un 3 por ciento más de energía para que brille la luz”, dice Chen.
El equipo descubrió que la adición de partículas de zinc reducía la calidad del actuador, por lo que solo se mezclaban con la capa superior de elastómero. Esto hizo que el actuador fuera un 2,5 por ciento más pesado, pero podía emitir luz sin afectar el rendimiento del vuelo.
“Ponemos mucho cuidado en mantener la calidad de las capas de elastómero entre los electrodos. Agregar estas partículas fue casi como agregar polvo a nuestra capa de elastómero. Tomó muchos enfoques diferentes y muchas pruebas, pero se nos ocurrió una manera de garantizar la calidad del actuador”, dice Kim.
Al ajustar la combinación química de las partículas de zinc, se puede cambiar el color de la luz. El equipo creó partículas naranjas, verdes y azules, y cada actuador brillaba con un color sólido.
El equipo también permitió que los actuadores emitieran luz multicolor y con patrones colocando una máscara sobre la capa superior, agregando partículas de zinc y luego curando el actuador.
Sistema de seguimiento de movimiento
El siguiente paso fue probar las propiedades mecánicas de los actuadores y medir la intensidad de la luz. Hicieron pruebas de vuelo con un sistema de seguimiento de movimiento especialmente diseñado, y se usaron cámaras de iPhone para rastrear cada actuador electroluminiscente, que sirvió como marcador activo. Después de que las cámaras detectan cada color de luz, un programa de computadora rastrea la posición de los robots.
“Estamos muy orgullosos de lo bueno que es el resultado del seguimiento, en comparación con el estado del arte. Estábamos usando hardware barato, en comparación con las decenas de miles de dólares que cuestan estos grandes sistemas de seguimiento de movimiento, y los resultados de seguimiento fueron muy parecidos”, dice Chen.
El equipo ahora buscará mejorar el sistema de seguimiento de movimiento para permitir el seguimiento en tiempo real de los robots, así como intentar permitir que los microbots enciendan y apaguen su luz durante el vuelo.
