Миниатюрного робота научили эффективно перемещаться в трубах с водой

Исследователи из Института интеллектуальных систем Макса Планка, Харбинского технологического института и Гонконгского университета науки и технологий создали нового беспроводного миниатюрного робота. Миллиробот, как его прозвали за соответствующие маштабы, оснащён потоковым приводом и умеет протискиваться в загогулинах из трубок с проточной водой.

Миллиробота описали в журнале Science Robotics («Научная робототехника»). Предполагается, что такие устройства помогут эффективно справляться с техобслуживанием без необходимости вскрывать трубы.

Соавтор научной статьи Вэньци Ху объяснил, что беспроводные роботы миллиметрового масштаба, способные перемещаться в трубопроводах с жидкостью, обладают большим потенциалом для инспектирования, технического обслуживания или ремонта на ядерных объектах, в промышленности и медицине.

Однако до сих пор возможности такой техники существенно ограничивала зависимость от внешних источников питания. Решить проблему не раз пытались и другие робототехники. Но многие из предложенных ранее беспроводных образцов были недостаточно миниатюрными, могли функционировать недолго и обладали куцым функционалом. Вот почему Ху и сотоварищи затеяли создание беспроводного робота, чьи габариты ограничивались бы несколькими миллиметрами. Конструкция должна была включать в себя внутренний источник питания и исполнительный блок, использующий заряд рационально, то есть контролируемым образом.

Последняя принципиально важная особенность при испытаниях готового образца позволила ему преодолевать сравнительно большие расстояния внутри трубчатых конструкций и подолгу выполнять задачи по техобслуживанию.

Вэньци Ху рассказал, что крошечный труболаз включает в себя три ключевых компонента: модуль управления потоком для использования силы текущей жидкости, миниатюрный редуктор с двумя выходами для передачи преобразованной механической энергии в систему передвижения робота и мягкие адаптивные колёса для перемещений по изгибам труб.

Предлагаемая концепция миллиробота с поточным приводом обеспечивает управляемую навигацию на большие расстояния по течению и против него в трубопроводах сложной конструкции.

Колёсный робот имеет внутреннюю крыльчатку, то есть приводной ротор, ещё известный как лопаточная машина или импеллер. Его пример иного масштаба и из другого материала для наглядности показан на фото ниже.



Крыльчатка преобразует поток жидкостей внутри труб в механическую энергию. Более того, направление, в котором движется миллиробот, можно регулировать простым прикладыванием внешнего магнита.

Сила трения колёсиков обеспечивает сопротивление потоку жидкости. Но конструкторы предвидят трудности при скорости потока более 1 м/с или при низком коэффициенте трения внутренних стенок, например, внутри нефтепроводов. Для стабильного передвижения по таким трубам робота можно выполнить в более обтекаемом корпусе либо сделать колёса более шероховатыми, полагают изобретатели.

Кроме того, управление миллироботом ограничено расстоянием от внешних магнитов. Чтобы решить эту проблему, будущие роботы придётся оснастить встроенными миниатюрными батареями и приводами из сплавов с памятью формы. А также понадобятся микроприводы и система связи для дистанционного управления на больших расстояниях от оператора.