"I piccoli droni hanno in genere un tempo di funzionamento molto limitato a causa della loro fonte di alimentazione", ha detto a TechXplore Takashi Ozaki, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. "Lo scopo della nostra recente ricerca era quello di superare questa limitazione. Attualmente, l'alimentazione senza contatto tramite onde elettromagnetiche è stata messa in pratica in vari prodotti, ma non si sapeva fino a che punto potesse essere applicata ai piccoli robot volanti".
L'obiettivo principale del recente studio di Ozaki e dei suoi colleghi è stato quello di alimentare un robot volante delle dimensioni di un insetto utilizzando la tecnologia di ricarica senza contatto e senza fili. Il robot creato dai ricercatori è essenzialmente composto da un attuatore piezoelettrico fluttuante che è alimentato attraverso un'antenna a dipolo a 5 GHz.
"Una delle caratteristiche chiave del nostro robot è un'attuazione altamente efficiente, che si ottiene utilizzando materiale piezoelettrico monocristallo ad alta potenza e un layout a bassa perdita con due ali rivolte l'una verso l'altra, come le mani che battono", ha detto Ozaki. "Questo design permette un'efficienza potenza-peso paragonabile a quella degli insetti vivi".
Una sfida chiave incontrata dagli ingegneri che stanno cercando di creare robot di dimensioni miniaturizzate è la fuga termica causata dalle perdite di potenza. Per superare questa sfida, Ozaki e i suoi colleghi hanno ottimizzato il design del circuito del loro robot, assicurandosi che i componenti che generano calore non fossero posizionati strettamente insieme o uno accanto all'altro.
Inoltre, i ricercatori hanno usato un ricevitore di potenza a radiofrequenza con una densità di potenza-peso che è significativamente superiore a quella delle batterie ai polimeri di litio di serie con una massa simile. Questo ha migliorato significativamente l'efficienza e il tempo di funzionamento del robot.
"Penso che la nostra scoperta più importante sia che un circuito sub-gramma può ricevere e gestire un'alta potenza di oltre 1 W a distanza attraverso un'onda RF", ha detto Ozaki. "Questo suggerisce che non solo i robot volanti ma anche varie altre applicazioni che richiedono grande potenza in una piccola dimensione possono essere realizzate senza batterie".
Per valutare l'efficacia del loro progetto, Ozaki e i suoi colleghi hanno effettuato una serie di esperimenti. In questi test, sono stati in grado di far decollare il robot dalle dimensioni di un insetto senza soluzione di continuità e senza bisogno di batterie o fili.
Il robot creato da questo team di ricercatori pesa solo 1,8 g, quindi è oltre 25 volte più leggero di altri micro-veicoli alimentati a radiofrequenza sviluppati in passato. In futuro, potrebbe quindi rivelarsi molto prezioso per condurre missioni complesse che comportano l'ingresso in fessure, tubi o altri spazi molto ristretti.
"In questo documento, abbiamo dimostrato con successo il decollo", ha detto Ozaki. "Il prossimo passo è quello di combinare questa tecnologia di alimentazione con il controllo dell'assetto per fare in modo che questo robot possa librarsi e muoversi liberamente nell'aria. Crediamo che questo sia tecnicamente possibile, dato che siamo già riusciti a controllare l'assetto del robot con l'alimentazione via cavo".
Ulteriori informazioni:
Un veicolo aereo ad ala battente alimentato a radiofrequenza senza fili su scala di insetti. Natura Elettronica(2021). DOI: 10.1038/s41928-021-00669-8.
Controllo di volo del robot ad ali battenti con tre attuatori piezoelettrici accoppiati a guida diretta, IFAC-PapersOnLine, DOI: 10.1016/j.ifacol.2020.12.2408.
Fonte: techxplore.com
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