Izmantojot fenomenu, kas pazīstams kā mikrouzvedība, MIT inženieri ir izveidojuši elementāras mikrodaļiņas, kas var kopīgi radīt sarežģītas darbības, piemēram, skudru koloniju būvēt tuneļus vai meklēt barību. Kad mikrodaļiņas sadarbojas, tās var izveidot pulksteni, kas svārstās ļoti zemā frekvencē. Pētnieki ir pierādījuši, ka šīs svārstības ir iespējams izmantot mazu robotu ierīču darbināšanai.
"Šo uzvedību var pārvērst par iebūvētu svārstīgo elektrisko signālu, kas ne tikai interesē fiziku, bet arī varētu būt ļoti efektīvs mikrorobotikas autonomijā. Daudzām elektriskām daļām ir nepieciešama šāda veida svārstību ievade, tostarp Jingfan Yang, nesen MIT absolvents un viens no galvenajiem pētījuma autoriem, ”piebilst.
Jaunā oscilatora sastāvdaļu daļiņas iesaistās vienkāršā ķīmiskā mehānismā, kas ļauj tām sazināties savā starpā, veidojot un plīstot sīkus gāzes burbuļus. Šīs mijiedarbības pareizajos apstākļos rada oscilatoru, kas pukst ar dažu sekunžu intervālu, gluži kā pulkstenis.
Saskaņā ar MIT ķīmijas inženierijas profesora Maikla Strano teikto: "Mēs cenšamies meklēt ļoti vienkāršus noteikumus vai īpašības, kuras varat iekodēt salīdzinoši vienkāršās mikrorobotikas iekārtās, lai mēs varētu tām masveidā veikt ļoti sarežģītus uzdevumus."
Tomass Berrueta, Ziemeļrietumu universitātes absolvents profesora Toda Mērfija vadībā, ir pētījuma līdzautors ar Jangu.
Kukaiņu kolonijas, piemēram, skudras un bites, var veikt uzdevumus, ko viens grupas loceklis nekad nevarētu paveikt, un tas ir jaunas uzvedības piemērs.
"Skudrām ir mazas smadzenes un tās veic ārkārtīgi pamata kognitīvās funkcijas, taču, strādājot kopā, tās var paveikt pārsteidzošas lietas. Viņi var savākt pārtiku un izveidot šīs sarežģītās tuneļu sistēmas, ”saka Strano. "Tādi fiziķi un inženieri kā es vēlas izprast šos noteikumus, jo tas nozīmē, ka mēs varam izveidot sīkas būtnes, kas strādā kopā, lai veiktu sarežģītus uzdevumus."
Šajā projektā mērķis bija radīt daļiņas, kas varētu radīt svārstības vai ritmiskas kustības ļoti zemās frekvencēs. Vēl nesen, lai radītu zemfrekvences mikrooscilatorus, bija nepieciešama dārga, sarežģīta elektronika vai īpaši materiāli ar sarežģītu ķīmiju.
Šim pētījumam pētnieki izveidoja diskus ar 100 mikronu diametru kā elementārdaļiņas. Platīna plāksteris uz SU-8 polimēru bāzes diskiem var paātrināt ūdeņraža peroksīda pārvēršanu ūdenī un skābekli.
Daļiņām ir tendence virzīties uz ūdeņraža peroksīda pilienu augšpusi, kad tās tiek novietotas uz pilienu virsmas uz līdzenas virsmas. Tie mijiedarbojas ar citām daļiņām šķidruma un gaisa saskarē. Katra daļiņa rada nelielu skābekļa burbuli, un, kad abas daļiņas nonāk pietiekami tuvu, lai mijiedarbotos, burbuļi pārsprāgst un daļiņas atdalās. Pēc tam process atsākas ar jaunu burbuļu veidošanos.
Kad daļiņas strādā kopā, Jangs saka: "Viņi var paveikt kaut ko diezgan fantastisku un noderīgu, ko patiesībā ir grūti sasniegt mikromērā. Daļiņa pati par sevi paliek nekustīga un nedara neko aizraujošu.
Zinātnieki ir atklājuši, ka divas daļiņas var izveidot diezgan uzticamu oscilatoru, taču ritms kļūst nepastāvīgs, pievienojot vairāk daļiņu. Tomēr vienas daļiņas pievienošana, kas nedaudz atšķiras no citām, var kalpot kā "līderis", kas ritmiskā oscilatorā pārkārto citas daļiņas.
Šī vadošā daļiņa ir tāda paša izmēra kā pārējās daļiņas, taču, tā kā tajā ir nedaudz lielāks platīna plāksteris, tā var radīt lielāku skābekļa burbuli. Tas ļauj šai daļiņai migrēt uz klastera centru, kur tā kontrolē visu pārējo daļiņu svārstības. Pētnieki atklāja, ka, izmantojot šo metodi, viņi var izveidot oscilatorus ar vismaz 11 daļiņām.
Šim oscilatoram ir frekvence no 0,1 līdz 0,3 herciem atkarībā no daļiņu daudzuma; tas ir līdzvērtīgs zemas frekvences oscilatoriem, kas kontrolē bioloģiskos procesus, piemēram, staigāšanu un sirdsdarbību.
Oscilējošā strāva
Pētnieki arī parādīja, kā viņi varētu izmantot šo daļiņu ritmiskos sitienus, lai radītu svārstīgo elektrisko strāvu. Lai to panāktu, platīna katalizatora vietā viņi izmantoja platīna un rutēnija vai zelta kurināmā elementu. Kurināmā elementa spriegums tiek pārveidots par svārstību strāvu, mehāniski svārstoties daļiņām, kas ritmiski maina pretestību no viena degvielas šūnas gala uz otru.
Dažos gadījumos, piemēram, darbinot miniatūrus staigājošus robotus, var būt izdevīgi ģenerēt oscilējošu strāvu, nevis pastāvīgu strāvu. Šo metodi izmantoja MIT pētnieki, lai pierādītu, ka viņi var darbināt mikro-izpildmehānismu, kas kalpoja kā neliela staigājoša robota kājas, ko iepriekš izveidoja Kornela universitātes pētnieki. Pirmā modeļa lāzera avotam bija nepieciešams, lai strāva būtu svārstīga no cilvēka, pārmaiņus mērķējot uz katru kāju komplektu. Izmantojot vadu, lai pārsūtītu strāvu no daļiņām uz izpildmehānismu, MIT pētnieki pierādīja, ka iebūvētā svārstību strāva, ko rada tās daļiņas, var nodrošināt mikrorobotikas kājas ciklisko kustību.
Pēc Strano teiktā, viņš demonstrē, kā mehāniskās svārstības var pārveidot par elektriskām svārstībām, kuras pēc tam var izmantot robotu uzdevumu veikšanai.
Mazo autonomo robotu baru kontrole, ko varētu izmantot kā sensorus ūdens piesārņojuma uzraudzībai, ir viens no potenciālajiem šāda veida tehnoloģiju izmantošanas veidiem.
Avots: techxplore
Günceleme: 13/10/2022 19:56
Esi pirmais, kas komentē