211service.com
Väggklättringsrobot
Forskare har skapat en robot som kan köra uppför en vägg så slät som glas och upp i taket med en hastighet av sex centimeter i sekunden. Roboten använder för närvarande ett torrt elastomerlim, men forskargruppen testar en ny geckoliknande, ultraklibbig fiber på fötterna som borde göra den upp till fem gånger klibbigare.
Att klättra på väggarna: När robotens motor vrider sig trycker dess stjärt mot ytan och dess triangulära ben roterar framåt (a). När dess främre fötter kommer i kontakt med ytan, pressar motorvridmomentet som orsakas av stjärtens kontakt med ytan de främre fötterna mot ytan samtidigt som de dras bort de bakre fötterna (b). När kraften som verkar på den bakre foten når en kritisk punkt lossnar den från ytan och roboten kliver fram (c).
Det är inte den första roboten som använder fiberliknande torra lim för att fästa på ytor, säger Metin Sitti , en biträdande professor i maskinteknik, som ledde forskningen vid Robotics Institute vid Carnegie Mellon University (CMU), i Pittsburgh. Men den här roboten ska visa sig ha mycket större stickkraft, tack vare fibrer som är dubbelt så vidhäftande som de som används av geckos.
Sådana robotar skulle, bland andra applikationer, kunna användas för att inspektera skroven på rymdfarkoster för skador, och deras klibbighet säkerställer att de stannar kvar.
Förutom sina klibbiga fötter använder roboten två triangulära hjulliknande ben, vardera med tre fotkuddar, och en svans för att den ska kunna röra sig med stor smidighet jämfört med andra robotar, säger Sitti. Den kan inte bara svänga mycket skarpt, utan dess nya design gör att den kan överföras från golv till vägg och vägg till tak med stor lätthet.
Multimedia
Titta på Wall Climbing Robot
Den är väldigt kompakt och har stor manövrerbarhet, säger Mark Cutkosky , professor i maskinteknik och meddirektör för Center for Design Research vid Kaliforniens Stanford University. Det är en praktisk lösning för klättring.
Geckos kan hålla sig på ytor tack vare mycket fina hårliknande strukturer på fötterna som kallas setae. Dessa vinklade fibrer delar sig i ännu finare fibrer mot sina spetsar, vilket ger geckos fot ett spatelliknande utseende. Dessa ändfibrer har otroligt svaga intermolekylära krafter att tacka för sin vidhäftningsförmåga: attraktionskrafterna verkar mellan fiberspetsarna och ytan de fastnar på. Individuellt är krafterna försumbara, men eftersom setae bildar så höga kontaktytor, läggs krafterna ihop.
Under de senaste åren har ett antal forskargrupper tillverkat fiberstrukturer utformade för att efterlikna setae. Men Sittis grupp har försökt förbättra geckos design. Med hjälp av mikrotillverkningstekniker skapade Sitti och hans kollegor fibrer bara fyra mikrometer i diameter - två storleksordningar mindre än de som används i någon annan robot. Den här storleksskillnaden gör stor skillnad, säger Sitti. Detta beror på att nedskalning av fibrerna ökar deras ytkontakt och därmed förbättrar vidhäftningen.
Genom att använda kommersiella elastomerlim kan roboten redan klättra mycket smidigare än någon annan robot. Men fibrerna ska göra det möjligt för roboten att klättra även på grova ytor, säger Sitti. Men efter att bara ha integrerat dem i roboten har forskarna ännu inte visat detta.
En av utmaningarna med att få en robot att fästa på väggar ligger i att hitta ett sätt att utöva tillräckligt tryck för att få dem att fastna. Den nya CMU-roboten hanterar detta med hjälp av en svans. Vid varje ögonblick är minst två av dess sex fotkuddar i kontakt med ytan, liksom svansen, som är fjäderbelastad så att den alltid kommer att trycka mot ytan, även när den är i taket.
Men för att utveckla dessa material måste forskarna fortfarande lösa vissa problem, säger Andre Geim , en professor i kondenserad materiens fysik vid University of Manchester, i Storbritannien, som också har tillverkat setaeliknande strukturer. Ingen har ännu förklarat varför geckos först kan springa på en grusväg och plocka upp damm och sedan på något sätt klättra uppför väggar, säger han. Detta är ett stort hinder.
Cutkosky håller med om att mer forskning behöver göras om geckos självrengörande förmåga. Världen är smutsig, och robotar kan inte stanna för att tvätta fötterna med några meter, säger han.