Mikrorobootika

Mikrorobootika on miniatuurse robootika valdkond, täpsemalt mobiilsed robotid, mille mõõtmed jäävad alla 1 mm. Terminit võib kasutada ka kirjeldamaks roboteid, mis on võimelised käsitlema mikromeetri suuruseid komponente.

Jasmine minirobotid igaüks < 3 cm laiused

AjaluguRedigeeri

Mikrorobotid sündisid tänu mikrokontrollerite kasutusele võtmisele 20. sajandi viimasel kümnendil, ja tänu elektromehaaniliste mikrosüsteemide (MEMS – inglise k MicroElectroMechanical Systems) ilmumisele. Selliste väikeste robotite varaseim uurimistöö ja kontseptuaalne kujunuds viidi läbi 1970. aastate alguses USA luureagentuuride tollal salastatud teadusuuringutes. Sel ajal kavandatud kasutuste hulka kuulusid sõjavangide vabastamise toetamine ja signaaliluure. Robotite aluseks olevad miniaturiseerimise tehnoloogiad polnud tol ajal veel täielikult välja töötatud, nii et töötavaid prototüüpe ei olnud võimalik kohe nende varaste arvutuste ja kontseptsioonide põhjal ehitada.[1]

Traadita ühenduste, eriti Wi-Fi arendamine ja kasutuselevõtt on märkimisväärselt suurendanud mikrorobotite suhtlusvõimet ja sellest tulenevalt nende võimet koordineerida teiste mikrorobotitega keerukamata ülesannete täitmiseks. Paljud uuringud on keskendunud just mikrorobotite kommunikatsioonile, sealhulgas Harvardi ülikoolis välja töödatud 1024 roboti parv, mis koondub erinevateks kujunditeks,[2] ja mikrorobotite tootmine SRI Internationalis DARPA programmi "MicroFactory for Macro Products" jaoks, mis suudab ehitada kergeid ja väga tugevaid struktuure.[3][4]

DisainikaalutlusedRedigeeri

Ehkki eesliidet mikro- on subjektiivselt kasutatud tähenduses väike, väldib pikkusskaalade standardiseerimine segadust. Seega, nanoroboti dimensioonid jääksid 1 mikromeetri sisse, või manipuleeriks see komponente suuruses 1–10 nm. Mikroroboti dimensioonid oleks < 1 mm, milliroboti dimensioonid < 1 cm, minirobotil < 10 cm ja väikesel robotil < 100 cm.

Tänu nende väikesele suurusele on mikrorobotid potentsiaalselt väga odavad, seetõttu saaks  kasutada suurt arvu mikroroboteid (parvintellektrobotid, inglise k swarm robotics), et uurida keskkondi, mis on liiga väikesed või liiga ohtlikud inimeste või suuremate robotite jaoks. Oodatavasti on mikrorobotid kasulikud rakendustes nagu ellujäänute otsimine varisenud hoonetest peale maavärinat, infrastruktuuri ja masinate jälgimine ning parandamine või meditsiinis, kaardistamaks inimese füsioloogiat, puhastamaks veresooni või hävitamaks neerukive. Kindlasti leiavad mikrorobotid kasutuse sõjanduses.[5] Mikrorobotid korvavad oma vähese jõu ja arvutusvõime numbritega, suurtes parvedes.

Mikrorobotite liikumise viis tuleneb nende otstarbest ja eesmärgi saavutamiseks vajalikust suurusest. Mikromeetri suurustel nõuab füüsiline maailm üsna veidraid liikumisviise. Lendavate mikrorobotite Reynoldsi arv on lähedal ühtsusele, s.t viskoossed jõud domineerivad inertsjõude, seega lendamiseks saaks kasutaks õhu viskoosust Bernoulli tõsteprintsiibi asemel. Robotid, mis liiguvad läbi vedelike, saaks kasutada pöörlevat viburit, nagu soolekepikese motoorne vorm. Hüppamine on energiatõhus ja teeks mikroroboti raskesti märgatavaks, see lubaks robotil liikuda mitmesugustel pindadel.[6]

Üks peamisi väljakutseid mikroroboti välja töötamisel on liikumise saavutamine kasutades äärmiselt piiratud toiteallikat. Mikrorobotid saavad kasutada väikest ja kerget patareid, näiteks nööpelementi, või koguda energiat ümbritsevast keskkonnast vibratsiooni või valgusenergia kujul.[7] Vibratsioone saab kasutada nii robotite toiteallikana, kui ka nende juhtimiseks.[8] Mikrorobotid kasutavad nüüd ka bioloogilisi mootoreid, näiteks viburitega Serratia marcescens, ammutamaks keemilist jõudu ümbritsevast vedelikust roboti liigutamiseks. Need biorobotid on otseselt juhitavad, kasutades keemilisi (kemotaksis) või elektrilisi (galvanotaksis) stiimuleid. Populaarne alternatiiv pardal olevale akule on robotile toite andmine väliselt. Näiteks saab kasutada elektromagneetilisi välju,[9] ultraheli või valgust robotite aktiveerimiseks ja kontrollimiseks.[10]

ViitedRedigeeri

  1. Solem, J. C. (1996). "The application of microrobotics in warfare". Los Alamos National Laboratory Technical Report LAUR-96-3067. 
  2. Hauert, Sabine (14.08.2014). "Thousand-robot swarm assembles itself into shapes". Ars Technica. Vaadatud 24.08.2014. 
  3. Misra, Ria (22.04.2014). "This Swarm Of Insect-Inspired Microbots Is Unsettlingly Clever". io9. Vaadatud 24.08.2014. 
  4. Temple, James (16.04.2014). "SRI Unveils Tiny Robots Ready to Build Big Things". re/code. Vaadatud 24.08.2014. 
  5. Atwell, Cabe (31.07.2017). "The Coming Microbot Revolution". Machine Design. Vaadatud 01.01.2020. 
  6. Solem, J. C. (1994). "The motility of microrobots". Artificial Life III: Proceedings of the Workshop on Artificial Life, June 1992, Santa Fe, NM, Langton, C., Ed.; Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity (Addison-Wesley, Reading, MA) 17: 359–380. 
  7. Meinhold, Bridgette (31.08.2009). "Swarms of Solar Microbots May Revolutionize Data Gathering". Inhabitat. 
  8. Toon, John (16.07.2019). "Tiny Vibration-Powered Robots Are the Size of the World’s Smallest Ant". Research News, Georgia Institute of Technology. Vaadatud 01.01.2020. 
  9. Li, Junyang; Li, Xiaojian; Luo, Tao; Wang, Ran; Liu, Chichi; Chen, Shuxun; Li, Dongfang; Yue, Jianbo; Cheng, Shuk-han; Sun, D. (27.06.2018). "Development of a magnetic microrobot for carrying and delivering targeted cells". Science Robotics. Vaadatud 02.01.2020. 
  10. Chang, Suk Tai; Paunov, Vesselin N.; Petsev, Dimiter N.; Velev, Orlin D. (31.08.2009). "Remotely powered self-propelling particles and micropumps based on miniature diodes". Nature Materials.