MMaterialNews vom 01.02.2010

Insectlike 'microids' might walk, run, work in colonies

A new approach in the design of miniature, insectlike robots could lead to "microids" the size of ants that move their tiny legs and mandibles using solid-state "muscles."
Advanced computer simulations indicate these synthetic bugs would have significantly better dexterity than previous microscale robots. The robots also might be able to "scavenge vibrational energy" from the environment to recharge their power supply, said Jason Clark, an assistant professor of electrical, computer and mechanical engineering at Purdue University.

The new design differs from previous microscale robots that use complex moving parts meshing together or touching each other, which subjects them to wear from friction and jamming from dust particles, he said.

"The complex moving parts ultimately limit their lifetime and confine their use to a controlled laboratory environment," Clark said. "Because the microids are solid state without any discrete parts such as gears that wear due to frictional contact, they will likely be long-lasting and robust. If a microid were stepped on, it would probably just get up and walk away."

His concept, a sort of solid-state muscle for microid legs and mandibles, would allow the robot to nimbly traverse harsh environments such as sand or water. The concept appears to be the first to show such insectlike characteristics at the microscale, he said.

"The microids would be able to walk, run, jump, and pick up and move objects many times their own weight," Clark said. "A microid can also do what no insect or other microrobot can do, which is continue walking if flipped on its back. Who knows, maybe flight is next."

He also envisions the possibility of hordes of microids working in unison and communicating with each other to perform a complex task.

"You can't underestimate the power of having thousands of microids working together, much like ant colonies," he said.

The microids could be mass-produced using manufacturing technologies that are common to the semiconductor industry.

Purdue has filed a patent application on the concept.

The microids are designed to have the "tripod gait" for walking used by most insects - only three of six legs are on the ground at a time - which enables bugs to remain stable while traversing uneven terrain.

Each leg or mandible comprises a bundled triad of slender beams made of piezoelectric material, which generates electricity when compressed. This feature could enable the microids to harvest energy by taking advantage of vibration in the environment to recharge.

Whereas such piezoelectric materials ordinarily do not expand enough to be useful for robotics, simulations indicate the new design overcomes this limitation: if the three beams are joined together only at both ends, applying a voltage to one or more of the beams produces a surprisingly large lateral movement, Clark said.

Through advanced simulations, the researchers were able to explore various design configurations for the best performance. Currently, the researchers are working on fabricating a simplified proof of concept of a microid at the Birck Nanotechnology Center in the university's Discovery Park.

This research grew out of previous work led by Clark to develop computer-aided engineering tools for the design, modeling and simulation of complex engineered systems. The tool enables engineers to explore more complex microdevices than could be done using previous tools.

Source: Purdue University – 26.01.2010.

Recherchiert und dokumentiert von:

Dr.-Ing. Christoph Konetschny, Materialberater, Inhaber Materialsgate
Die Recherche und Aufbereitung der in diesem Dokument genannten Daten erfolgte mit größter Sorgfalt.
Für die Richtigkeit, Gültigkeit, Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der genannten Daten übernehmen wir zu keinem Zeitpunkt die Haftung.
Bitte diskutieren Sie die Verwendung und Eignung für Ihren konkreten Anwendungsfall mit den Experten der genannten Institution.

Sie wünschen Material- und Technologierecherchen zu diesem Thema?

Materialsgate steht für hochwertige Werkstoffberatung und innovative Materialrecherchen.
Nutzen Sie unseren Beratungsservice

MMehr zu diesem Thema

Wissenschaftler aus Göttingen entwickeln einen autonomen Laufroboter, der durch "Chaos-Kontrolle" flexibel verschiedene Gangarten nutzen kann
Schon einfache Insekten können mit ihren sechs Beinen ganz unterschiedliche Bewegungsmuster ausführen. Je nachdem, ob das Tier langsam oder schnell krabbelt oder Hindernisse überwindet, nutzt es verschiedene Gangarten. Wissenschaftler aus Göttingen haben nun einen Roboter entwickelt, der je nach Situation flexibel zwischen mehreren verschiedenen Gangarten hin- und herschalten kann. Der Erfolg liegt in der Einfachheit: Ein einziges kleines Verschaltungsnetzwerk mit nur wenigen Verknüpfungen kann... mehr
Künftig helfen Roboter bei der Reinigung von Solarpanels. Ein besonders interessanter Vertreter dieser neuen Putz-Zunft ist der Gekko der Serbot AG.
Dass er auf den geneigten Panels nicht den Halt verliert, verdankt er seinen speziellen Saugfüßen. In ihrem Innenleben: zahlreiche Komponenten und Engineering Know-how von Festo. Solarmodul-Reinigung wird im Zeitalter der großen Freiflächenanlagen immer wichtiger. Schließlich bedeutet hier ein um wenige Prozent geringerer Wirkungsgrad beträchtliche finanzielle Einbußen für den Betreiber. Also gilt es, die großen Photovoltaik(PV)-Flächen regelmäßig von Rückständen aus der Natur zu... mehr
In Produktionshallen sind Roboter alltäglich. Allerdings arbeiten sie bisher in geschützen Bereichen, um Menschen durch ihre Bewegungen nicht zu gefährden. Ein kostengünstiger, robuster Kraftsensor macht den Roboter nun sensibel für eventuelle Kollisionen.
Der Arm des Industrieroboters nähert sich unaufhaltsam dem Mitarbeiter. In seine Arbeit vertieft, bemerkt dieser es jedoch nicht – eine brenzlige Situation. Doch kaum berührt der Roboter den Menschen leicht, zieht sich der stählerne Arm zurück. Diese Vision könnte bald Realität werden: mit einem kostengünstigen Kraft- und Drehmomentsensor, den Forscher am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe entwickelt haben. Er sitzt am äußeren Gelenk des Roboterarms: Aufgeklebt... mehr
Ein Bienenvolk und jede Menge Robotik: Mit einer Kombination von Tier und Technik wollen Forscher der Universität Würzburg ein Instrument schaffen, mit dem sich die Umwelt günstig und großflächig überwachen lässt. Die EU fördert das Projekt mit 500.000 Euro.
Was haben ein Bienenvolk und ein Roboter gemeinsam? Beide sind höchst komplexe Systeme. Und was kommt dabei heraus, wenn man diese Systeme miteinander kombiniert? Möglicherweise ein "Biosensornetz zum großflächigen Umweltmonitoring". So lautet der Name eines neuen Forschungsprojekts an der Universität Würzburg, an dem die Bienenforscher um Professor Jürgen Tautz und die Roboterspezialisten um Professor Klaus Schilling seit dem 1. März arbeiten. Ziel soll es unter anderem sein, mit... mehr
RSS
facebook
xing
twitter
linkedin

MaterialCards Weekly

Ihr persönlicher und kostenfreier Material-Reminder - wöchentlich per E-Mail

Service:
Material­cha­rak­teri­sierung und Werkstoffprüfung

Sie benötigen leistungsfähigste Methoden der Material­cha­rak­teri­sierung und Werk­stoff­prü­fung zur Optimierung Ihrer Produkte?
Bruchmechanik
Korrosionstests
Charakterisierung von Coatings
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Automotive Testing
Element-Mapping
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Charakterisierung von Katalysatoren
Medizintechnische Untersuchungen
Charakterisierung von Fügetechnologien
Untersuchung von Diffusionsschichten
Schadensanalyse von Produkten
Charakterisierung von Composites
Thermographie
Barriere-Eigenschaften
Prüfung von Kunststoffen
Schadensanalyse von Bauteilen
Gefüge-Analytik
Keramographie
Metallographie
Bruchmechanik
Korrosionstests
Charakterisierung von Coatings
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Automotive Testing
Element-Mapping
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Charakterisierung von Katalysatoren
Medizintechnische Untersuchungen
Charakterisierung von Fügetechnologien
Untersuchung von Diffusionsschichten
Schadensanalyse von Produkten
Charakterisierung von Composites
Thermographie
Barriere-Eigenschaften
Prüfung von Kunststoffen
Schadensanalyse von Bauteilen
Gefüge-Analytik
Keramographie
Metallographie
Kontaktieren Sie uns – Wir leiten Ihre Fragestellung an einen unserer Kooperationspartner weiter, die alle anerkannte und zertifizierte Prüf­la­bore mit modernster Ausstattung be­treiben.

Empfohlene Literatur

Antonia B. Kesel
Fischer
Torsten Rossmann, Cameron Tropea
Springer, Berlin
Werner Nachtigall
Springer, Berlin

Empfohlene MaterialCards

Materialsgate Glossar

LED
LED ist die aus der englischen Sprache kommende Abkürzung für eine Leuchtdiode – LED steht für Light Emitting Diode.