Trong tương lai, các robot nhỏ gọn, tự hành có thể xâm nhập vào những không gian chật hẹp sẽ đóng vai trò quan trọng trong cứu hộ và kiểm tra các hạ tầng mà con người hoặc robot cỡ lớn khó tiếp cận. Tuy nhiên, các động cơ cứng truyền thống khó thu nhỏ mà vẫn giữ hiệu suất, vì khi giảm kích thước, chúng dễ bị hỏng hoặc không đủ lực để vượt qua ma sát.
Các nhà nghiên cứu từ Westlake University đã phát triển hệ thống cơ điện từ đàn hồi lấy cảm hứng từ cơ bắp, cho phép chế tạo robot mềm cỡ côn trùng từ vật liệu linh hoạt. Theo Hanqing Jiang, giáo sư cơ khí, những hệ thống robot mềm hiện nay vẫn thiếu cơ chế tác động vừa hiệu quả vừa tự chủ, thường yêu cầu các tác nhân kích thích mạnh như điện áp cao hoặc từ trường mạnh, làm hạn chế ứng dụng thực tế.
Hệ thống mới mô phỏng cách cơ bắp co giãn để tạo chuyển động. Bộ chấn động này được tạo từ silicone mềm polydimethylsiloxane, nam châm neodymium, cuộn dây điện và các hạt sắt từ mềm. Bằng quy trình đúc 2D, các động cơ này có thể sản xuất ở nhiều tỉ lệ khác nhau, từ milimet đến decimet, đồng thời dễ mở rộng cho các thiết bị mềm lớn hơn. Khi co lại, động cơ tạo ra dòng điện sinh ra lực Lorentz giữa cuộn dây và nam châm, kết hợp với sự phản ứng của các hạt sắt, tạo ra lực để robot di chuyển. Nhờ tính linh hoạt của polymer, hệ thống có thể biến dạng và phục hồi sau khi ngừng cấp điện.
Hệ thống này đạt lực đầu ra 210 newton trên kilogram, hoạt động ở điện áp dưới 4 volt và sử dụng pin gắn trong. Nó có khả năng co giãn đến 60% và tiết kiệm năng lượng nhờ không cần liên tục cung cấp điện khi trạng thái tĩnh, giống cơ “catch” của động vật thân mềm.
Từ công nghệ này, nhóm nghiên cứu chế tạo các robot mềm cỡ côn trùng có thể tự hành, bao gồm robot bò inchworm dài 16x10x10 mm nặng 1,8 g, robot chân dài 14x20x19 mm nặng 1,9 g, và robot bơi 19x19x11 mm nặng 2,2 g. Robot inchworm sử dụng pin lithium-ion 3,7 volt và mạch điều khiển tích hợp, bò bằng cách co giãn liên tiếp giống sâu bướm, có lực đầu ra lên đến 0,41 N, gấp 8-45 lần các robot mềm cùng kích cỡ hiện tại. Robot có thể di chuyển trên địa hình phức tạp như đất, đá, kính, PVC, gỗ, thậm chí trên dốc 5-15°, và chịu được va chạm mạnh, thậm chí rơi từ 30 mét vẫn hoạt động bình thường.
Các robot được thử nghiệm trên các đường đi khó, thực hiện các nhiệm vụ cảm biến như đo độ ẩm hay phát hiện hóa chất. Robot bơi được kiểm tra cả trong phòng thí nghiệm và ngoài sông, tích hợp cảm biến khí ethanol mini để thực hiện nhiệm vụ phát hiện hóa chất trong không gian hẹp.
Nhóm nghiên cứu tiếp tục hướng tới xây dựng bầy robot nhỏ có khả năng cảm nhận, ra quyết định phân tán và hành vi tập thể. Jiang cho biết: “Bằng cách điều phối nhiều robot nhỏ, chúng tôi muốn tạo ra hệ thống có thể bao phủ diện tích lớn, thích ứng với môi trường động, và phản ứng thông minh với các nhiệm vụ phức tạp.” Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm robot bay và robot bơi mô phỏng sứa biển để thám hiểm và nghiên cứu đại dương.
