Pasinaudodami reiškiniu, žinomu kaip mikro-iškilimo elgsena, MIT inžinieriai sukūrė elementarias mikrodaleles, kurios gali kartu sukurti sudėtingą veiklą, pvz., skruzdžių kolonijas statyti tunelius arba ieškoti maisto. Kai mikrodalelės bendradarbiauja, jos gali sukurti laikrodį, kuris svyruoja labai žemu dažniu. Mokslininkai įrodė, kad šiuos svyravimus galima panaudoti mažiems robotiniams įrenginiams maitinti.
„Šis elgesys gali būti paverstas įmontuotu svyruojančiu elektriniu signalu, kuris ne tik domina fiziką, bet ir gali būti labai veiksmingas mikrorobotinės autonomijos srityje. Daugeliui elektrinių dalių reikia tokio svyruojančio įvesties, įskaitant Jingfan Yang, neseniai baigusį MIT ir vieną iš pagrindinių tyrimo autorių“, - priduria.
Naujojo osciliatoriaus komponentinės dalelės įsijungia į paprastą cheminį mechanizmą, leidžiantį joms bendrauti tarpusavyje formuojant ir sprogstant mažyčiams dujų burbuliukams. Šios sąveikos tinkamomis sąlygomis sukelia generatorių, kuris plaka kelių sekundžių intervalais, kaip laikrodis.
Anot Michaelio Strano, MIT chemijos inžinerijos profesoriaus: „Mes stengiamės ieškoti labai paprastų taisyklių ar savybių, kurias galite koduoti į gana paprastas mikrorobotines mašinas, kad galėtume masiškai atlikti labai sudėtingas užduotis“.
Thomas Berrueta, Šiaurės Vakarų universiteto absolventas, vadovaujamas profesoriaus Toddo Murphey, yra tyrimo bendraautoris su Yang.
Vabzdžių kolonijos, tokios kaip skruzdėlės ir bitės, gali atlikti užduotis, kurių vienas grupės narys niekada negalėtų atlikti, o tai yra atsirandančio elgesio pavyzdys.
„Skruzdėlės turi mažas smegenis ir atlieka nepaprastai pagrindines pažinimo funkcijas, tačiau dirbdamos kartu jos gali nuveikti nuostabių dalykų. Jie gali rinkti maistą ir sukurti šias sudėtingas tunelių sistemas“, – sako Strano. „Tokie fizikai ir inžinieriai kaip aš nori suprasti šias taisykles, nes tai reiškia, kad galime sukurti mažas būtybes, kurios dirbdamos kartu atliktų sudėtingas užduotis.
Šio projekto tikslas buvo sukurti daleles, kurios galėtų sukelti svyravimus ar ritmiškus judesius labai žemais dažniais. Dar visai neseniai, norint sukurti žemo dažnio mikroosciliatorius, reikėjo brangios, sudėtingos elektronikos arba specialių medžiagų su sudėtinga chemija.
Šiam tyrimui mokslininkai sukūrė 100 mikronų skersmens diskus kaip elementariąsias daleles. Platinos pleistras ant SU-8 polimerinių diskų gali pagreitinti vandenilio peroksido pavertimą vandeniu ir deguonimi.
Dalelės linkusios judėti link vandenilio peroksido lašelio viršaus, kai dedamos ant lašelio paviršiaus ant lygaus paviršiaus. Jie sąveikauja su kitomis dalelėmis, kontaktuodami su skysčiu ir oru. Kiekviena dalelė sukuria nedidelį deguonies burbulą, o kai abi dalelės pakankamai priartėja, kad galėtų sąveikauti, burbuliukai sprogsta ir dalelės atsiskiria. Tada procesas prasideda iš naujo, kai susidaro nauji burbuliukai.
Kai dalelės veikia kartu, Yang sako: „Jos gali padaryti kažką gana fantastiško ir naudingo, o tai iš tikrųjų sunku pasiekti mikroskalėje. Pati dalelė nejuda ir nedaro nieko žavingo.
Mokslininkai išsiaiškino, kad dvi dalelės gali sukurti gana patikimą osciliatorių, tačiau ritmas tampa nepastovus, kai pridedama daugiau dalelių. Tačiau vienos dalelės, kuri šiek tiek skiriasi nuo kitų, pridėjimas gali būti „lyderis“, kuris ritminiame osciliatoriuje pertvarko kitas daleles.
Ši pirmaujanti dalelė yra tokio pat dydžio kaip ir kitos dalelės, tačiau kadangi joje yra šiek tiek didesnis platinos lopinėlis, joje gali susidaryti didesnis deguonies burbulas. Tai leidžia šiai dalelei migruoti į klasterio centrą, kur ji kontroliuoja visų kitų dalelių svyravimus. Tyrėjai atrado, kad naudojant šį metodą jie gali sukurti generatorius su mažiausiai 11 dalelių.
Šio osciliatoriaus dažnis svyruoja nuo 0,1 iki 0,3 hercų, priklausomai nuo dalelių kiekio; tai prilygsta žemo dažnio osciliatoriams, kurie kontroliuoja biologinius procesus, tokius kaip ėjimas ir širdies plakimas.
Virpesioji srovė
Tyrėjai taip pat parodė, kaip jie gali panaudoti ritminius šių dalelių dūžius, kad sukurtų svyruojančią elektros srovę. Norėdami tai pasiekti, vietoj platinos katalizatoriaus jie naudojo platiną ir rutenį arba auksinį kuro elementą. Kuro elemento įtampa paverčiama svyruojančia srove mechaniniu svyravimu dalelėms, kurios ritmiškai keičia varžą iš vieno kuro elemento galo į kitą.
Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, maitinant miniatiūrinius vaikščiojančius robotus, gali būti naudinga generuoti svyruojančią srovę, o ne nuolatinę srovę. Šį metodą naudojo MIT mokslininkai, norėdami įrodyti, kad jie gali maitinti mikropavarą, kuri tarnavo kaip mažo vaikščiojančio roboto kojos, anksčiau sukurto Kornelio universiteto mokslininkų. Pirmojo modelio lazerinis šaltinis reikalavo, kad srovę svyruotų žmogus, pakaitomis nukreipiant į kiekvieną kojų rinkinį. Naudodami laidą srovei iš dalelių į pavarą perduoti, MIT tyrėjai įrodė, kad įmontuota svyruojanti srovė, kurią sukuria jos dalelės, gali paskatinti ciklinį mikrorobotinės kojos judėjimą.
Pasak Strano, jis demonstruoja, kaip mechaninis svyravimas gali būti paverstas elektriniu svyravimu, kuris vėliau gali būti naudojamas robotų užduotims atlikti.
Mažų autonominių robotų, kurie galėtų būti naudojami kaip jutikliai vandens taršai stebėti, spiečius valdyti yra vienas iš galimų tokio tipo technologijų panaudojimo būdų.
Šaltinis: techxplore
Günceleme: 13/10/2022 19:56
Būkite pirmas, kuris komentuoja