میکروربات‌های کوچک می‌توانند یک ماشین را حرکت دهند و آن را بلند کنند

گروهی از مورچه‌ها می‌توانند اشیائی را که چند برابر آنها بزرگ‌تر و سنگین‌تر از خودشان هستند را حرکت دهند. این توانایی الهام بخش یک تیم از محققان برای ایجاد روبات‌های کوچک شده است که می‌توانند همین کار را انجام دهند. این تیم ربات‌هایی 29 سانتی متری (1.1 اینچ) را ساخته است که می‌توانستند روی زمین حرکت کنند. در یکی از آزمایش‌ها و به کمک فناوری، شش عدد از این "ربات‌ها" با هم توانستند یک خودروی بزرگ را حرکت دهند.
البته آنها ماشین را به سرعت حرکت نمی‌دادند و برای کشیدن آن در یک فاصله 12.5 سانتیمتری (5 اینچ) حدود یک دقیقه طول کشید.
هنگامی که مورچه‌ها یک آیتم بزرگ مانند یک قطعه غذا را حمل می‌کنند، آنها نیاز به قدرت کشش خوبی دارند. برای گرفتن بهتر، مورچه پای خود را به سخت تر فشار می‌دهد و این کار مساحت تماس بین هر پا و سطح زیرین را افزایش می‌دهد. چنین مورچه‌هایی الهام بخش دیوید کریستنسن و تیم مهندسان مکانیک دانشگاه استنفورد در پالو آلتو، کالیفرنیا (مهندسان مکانیک از فیزیک و علوم مواد برای طراحی ابزار و ماشین آلات استفاده می‌کنند) شدند.

مورچه‌ها می‌توانند به یک دیوار یا سطح صاف با استفاده از ژل چسبنده پاهای خود بچسبند. هنگامی که یک مورچه پای خود را پایین می‌آورد، یک قطره کوچک از ژل چسبنده بین پا و دیوار از بین می‌رود و این مورچه را در محل نگه می‌دارد و هنگام پیاده روی، تنها بیت‌های کوچک پاهای مورچه به زمین می‌چسبند. این باعث می‌شود که مورچه به سرعت حرکت کند. با توجه به این موضوع، مهندسان مکانیک می‌خواستند روبات‌های کوچکی را که قادر به حرکت اشیاء بزرگ و سنگین هستند ایجاد کنند. اما ربات‌ها نمی‌توانند این مایع را به نحوی عملی، حمل کنند پس استفاده از ژل چسبنده گزینه مناسبی برای ربات‌های کوچک نبود. بنابراین محققان توجه خود را به پاهای مارمولک تغییر دادند.

ایجاد میکرو ربات‌هایی با پاهای مطمئن

پای مارمولک دارای لایه‌های بافتی با موهای کوچک است. هنگامی که وزن این موجود بر روی پای او باشد، این ساختارها گسترش می‌یابد و این باعث می‌شود که سطح تماس بین پا و سطح زیرین آن افزایش یابد. این تماس موجب می‌شود تا نیروهای واندروالس پا را روی سطح نگه دارند. نیروهای واندروالس جاذبه‌های الکتریکی کوچکی بین مولکول‌ها ایجاد می‌کنند که با افزایش سطح بین پای خود و یک برگ، دیوار و یا هر شی دیگری، مارمولک نیروی واندروالس کافی را به دست می‌آورد که چسبندگی نامیده می‌شود.

جک پا

برای انجام این شبیه سازی، محققان پایه 25 میلی‌متر در 25 میلی‌متر (1 اینچ در 1 اینچ) را برای ربات‌های 29 میلی‌متری خود ایجاد کردند. آنها زیر آن پای آن را با گوه‌های کوچک که از یک ماده لاستیکی ساخته شده است پوشانده بودند. هر گوه فقط 0.1 میلی‌متر (0.004 اینچ) طول داشت. هنگامی که ربات بر روی زمین می‌ایستاد، تنها نیمی از گوه‌های پا روی زمین قرار می‌گرفتند. اما هنگامی که یک پا به جلو حرکت می‌کرد، پای عقب گسترده تر شده و تماس با سطح زیرین را افزایش می‌داد. این اتفاق موجب افزایش نیروی واندروالس شده و پا را در جای خود محکم نگه می‌داشت.
این تیم با ساخت یک ربات کوچک به نام μTug کار خود را به پایان رساند. (در زبان یونانی μ یا mu به معنی "میکرو" است) μTug دارای یک پا و دو چرخ برای حرکت است، به علاوه یک لنچ که می‌تواند در یک وسیله سنگین را با یک رشته بکشد.
μTug به سمت جلو بر روی چرخ خود حرکت می‌کند و سپس محکم پای خود را بر روی زمین محکم می‌کند.
یک μTug 12 گرمی (0.26 اونس) قادر به کشیدن یک شی با وزن 22.5 کیلوگرم (50 پوند) است. این بدان معنی است که میکرو ربات تقریبا 2000 برابر وزن خود را می‌تواند بردارد.

همکاری با یکدیگر

گام بعدی این بود که ببینیم آیا μTuch ها می‌توانند با هم کار کنند، همانطور که مورچه‌ها با هم همکاری انجام می‌دهند یا نه.
این تیم چندین نوع میکرو ربات را با هم مقایسه کرد: μTug، Hexbug Nano و Hexbug Scarab. Hexbug دارای 12 پا است. این اجازه می‌دهد تا آنها به صورت مستقل حرکت کنند. همچنین محققان اندازه گیری کردند که چگونه هر ربات می‌تواند از کار بیفتد.
سپس دانشمندان روبات‌های مختلف را در چند تیم تقسیم کردند. هر گروه ابتدا دو روبات داشت، سپس سه، و سپس چهار. اسکاراب‌ها برای پیاده روی در گروه‌های بزرگ‌تر بهتر از ربات منفرد بودند و به این دلیل است که روبات‌های پیاده در تماس با زمین باقی می‌ماندند. این باعث می‌شود تا آنها به راحتی قابلیت کشش پیدا کنند و به آنها اجازه دهند باهم هماهنگ شوند.
هم اکنون با شش μTug می‌توانید یک اتومبیل را بکشید.

اما موفق‌ترین ربات‌های تیمی، μTug ها بودند. در هنگام کار با هم، شش تای آنها می‌توانند به تنهایی شش برابر بیشتر از یک μTug بکشند. این به خاطر پای چسبنده‌ای است که به صورت میکروسکوپی اجازه می‌دهد که کشیدن آنها همزمان باشد. در واقع، این شش μTug کولر گازی 1،800 کیلوگرمی (تقریبا 4،000 پوند) را کشیدند.
این گروه یافته‌های خود را در 15 فوریه در نشریه IEEE رباتیک و اتوماسیون گزارش داد.
او توضیح می‌دهد: "اتومبیل‌ها به دلیل داشتن چرخ به نیروی کمتری برای حرکت دادن نیاز دارند." او می‌گوید: "به همین دلیل است که وزن آنها نسبت به آنچه که برای ربات‌های ما انتظار می‌رود بسیار بزرگ است." بدون داشتن این چرخ‌ها، شش μTug تنها می‌توانند 12000 وزن را بکشند یا اینکه یک μTug منفرد فقط حدود 135 کیلوگرم (298 پوند) را می‌تواند بکشد.

کریستین می‌گوید تکنولوژی μTug می تواند در شرایط مختلفی بکار رود. آنها می‌توانند در عملیات جستجو همکاری کنند. او می‌گوید: "آنها می‌توانند با هم بصورت تیمی کار کنند، درب‌ها را باز کنند یا سوئیچ‌های ایمنی را روشن کنند."
آرون بکر می‌گوید "این کار هیجان انگیز است". او یک مهندس کامپیوتر است که در این مطالعه مشارکت ندارد و در دانشگاه هوستون تگزاس کار می‌کند. او اشاره می‌کند که ربات‌های کوچک قادر به تولید نیروی شگفت انگیزی هستند. "من می‌خواهم محققان توصیف می‌کنند که چگونه این ربات‌ها می‌توانند 2 هزار برابر وزن خود را بکشند".

برگرفته از سایت ساینس نیوز فور استیودنتس