Batterielose Roboter nutzen Origami, um in der Luft ihre Form zu verändern

Forscher der University of Washington haben kleine Robotergeräte entwickelt, die ihre Bewegung durch die Luft ändern können, indem sie beim Abstieg in eine gefaltete Position „einschnappen“. Das Team veröffentlichte diese Ergebnisse in Wissenschaftsrobotik.

Wenn diese „Mikroflieger“ von einer Drohne abgeworfen werden, nutzen sie eine Miura-Ori-Origami-Faltung, um vom Taumeln und Verteilen nach außen durch die Luft zum direkten Fallen auf den Boden zu wechseln. Um die Flieger auszubreiten, steuern die Forscher den Zeitpunkt des Übergangs jedes Geräts mithilfe einiger Methoden: eines integrierten Drucksensors (Schätzung der Höhe), eines integrierten Timers oder eines Bluetooth-Signals.

Mikroflieger wiegen etwa 400 Milligramm – etwa halb so schwer wie ein Nagel – und können die Distanz eines Fußballfeldes zurücklegen, wenn sie bei leichter Brise aus 40 Metern Höhe fallen gelassen werden. Jedes Gerät verfügt über einen integrierten batterielosen Aktuator, einen Solarstrom-Ernteschaltkreis und eine Steuerung, um diese Formänderungen in der Luft auszulösen. Mikroflieger können außerdem Sensoren an Bord mitführen, um während des Fluges Temperatur, Luftfeuchtigkeit und andere Bedingungen zu überwachen.

„Die Verwendung von Origami eröffnet einen neuen Designraum für Mikroflieger“, sagte Co-Senior-Autor Vikram Iyer, UW-Assistenzprofessor an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering.

„Wir kombinieren die Miura-ori-Faltung, die von geometrischen Mustern in Blättern inspiriert ist, mit Energiegewinnung und winzigen Aktuatoren, damit unsere Flieger den Flug verschiedener Blattarten in der Luft nachahmen können. Im entfalteten, flachen Zustand unser Origami Die Struktur taumelt chaotisch im Wind, ähnlich wie ein Ulmenblatt. Der Wechsel in den gefalteten Zustand verändert jedoch den Luftstrom um sie herum und ermöglicht einen stabilen Sinkflug, ähnlich wie ein Ahornblatt fällt. Diese äußerst energieeffiziente Methode ermöglicht es uns, batterielos zu sein Kontrolle über den Abstieg des Mikrofliegers, was vorher nicht möglich war.

Diese Robotersysteme überwinden mehrere Designherausforderungen. Die Geräte:

• sind steif genug, um zu verhindern, dass sie vor dem Signal versehentlich in den gefalteten Zustand übergehen.
• Übergang zwischen Staaten schnell. Die integrierten Aktuatoren der Geräte benötigen nur etwa 25 Millisekunden, um das Zusammenklappen einzuleiten.
• Ändern Sie Ihre Form, während Sie nicht an eine Stromquelle angeschlossen sind. Der Power-Harvesting-Schaltkreis der Mikroflieger nutzt Sonnenlicht, um den Aktuator mit Energie zu versorgen.

Die aktuellen Mikroflieger können nur in eine Richtung übergehen – vom taumelnden Zustand in den fallenden Zustand. Mit diesem Schalter können Forscher den Abstieg mehrerer Mikroflieger gleichzeitig steuern, sodass sie sich auf dem Weg nach unten in verschiedene Richtungen verteilen.

Zukünftige Geräte werden in beide Richtungen wechseln können, sagten die Forscher. Diese zusätzliche Funktionalität ermöglicht präzisere Landungen bei turbulenten Windbedingungen.