Motorer drevet av ioner fører for tiden satellitter utenfor solsystemet vårt, men her på jorden kan denne futuristiske fremdriften drive miniatyrroboter.
Daniel Drew, ingeniørstudent ved University of California, Berkeley, fant seg inspirert til å studere miniatyrroboter fra science fiction han slukte som barn.
Miniatyrroboter inspirert av insekter kan en dag bli brukt til å søke i trange rom etter de overlevende etter en katastrofe, overvåke luftkvaliteten og til og med fylle ut som pollinatorer for insekter som virkelig er utslettet fra et område.
"Tenk deg en verden der vi kunne benytte oss av det sensoriske innspillet til hvert eneste insekt på jorden, " sa Drew. "Det er den typen høyoppløselige data vi kan få."
Men i tillegg til at disse bioinspirerte prototypene så ut til å virke, sa Drew, de kjørte på et problem som deres virkelige inspirasjoner ikke møtte — energi. I motsetning til et insekt trenger en miniatyrrobot en strømkilde, og det betyr vanligvis et batteri av et eller annet slag. Men batterier kan bare bli så små, og å sette et større, kraftigere batteri på en mikrobot betyr at hele roboten trenger å bli større, og beseirer formålet.
Drew sa at rådgiveren hans imidlertid trodde at en vintage løsning kunne løse dette moderne dilemmaet - ion thrustere. Disse motorene går tilbake til eksperimentene til rakettpioneren Robert Goddard, og utnytter den enkle elektrostatiske effekten som er kjent for de fleste som har trukket sokker som er satt sammen ut av tørketrommelen. I hovedsak fungerer ionepropulsjon ved å skyte et elektron inn i et kammer fylt med en gass av noe slag. Når det treffer et atom i gassen, slår det elektronet et elektron av atomet, noe som gjør det positivt ladet. Et negativt ladet rutenett nær enden av kammeret trekker deretter atomet ut av thrusteren. Kraften til atomet som flyr ut thrusteren, fremdriver sitt håndverk fremover.
Denne kraften er imidlertid så liten som et atom, og jonstrusterne blir bleke sammenlignet med kraften til drivstoff eller batteridrevne motorer. Forsøk på å skalere opp ionetrustere for å få dem til å like motorene i Star Wars eller til og med jobbe med hoverboards har vært mislykket på grunn av hvor svak styrken er. Ionmotorer har blitt relatert til vakuumet i rommet, der satellitter som bruker dem, ikke har motstand mot luft og effektivitet betyr noe mer enn hastighet.
Men Drew innså at for alle deres feil på makroskalaen, kunne ion-thrustere utføre underverker på mikroskalaen.
Han designet småskala versjoner av ionetrustere, og begynte å arbeide for å integrere dem i miniatyrroboter. Disse "ionocraft" er omtrent en halv tomme kvadrat, og flyr via en tether. Fremtidige versjoner kan bruke små innebygde batterier for å få opptil 10 minutters flytur, og Drew håper å se dem bli enda mer effektive. Han demonstrerte en av robotene sine på en konferanse forrige måned i Montreal, Canada. Foreløpig kan ikke fartøyet styres, men Drew og teamet hans er i stand til å kontrollere høyden, noe som gjør at det tilsvarer et grunnleggende quadcopter med de fire motorene, sier han. Med sin mangel på bevegelige deler og stille fremdrift, sier Drew at tilskuerne har beskrevet ionocraft som "nifs" og "som en UFO."
Drew jobber nå for å forbedre drivkraften på mikrobotene sine for å få dem til å bevege seg raskere og kraftigere, i tillegg til å tenke på hvordan disse ionocraftene vil bli styrt en dag og til og med hvordan mennesker vil samhandle med dem psykologisk når disse enhetene begynner å komme inn i hverdagen . Han ser for seg VR-simuleringer som ville sammenkoble mennesker med en sverm av disse mikrorobotene som man kan støte på.
"Microrobotics er et så ungt felt, " sa Drew. "Du må presse på alle aspekter av det for å komme videre."
En tidligere versjon av denne artikkelen uttalte feil at ionocraft flyr via batteri. Foreløpig er håndverket bundet til en strømkilde, men fremtidige versjoner kan bruke batteristrøm. Smithsonian.com beklager feilen.
