Motorer drevet af ioner fører i øjeblikket satellitter uden for vores solsystem, men her på Jorden kunne denne futuristiske fremdrift drive miniatyrroboter.
Daniel Drew, en ingeniørstuderende ved University of California, Berkeley, fandt sig inspireret til at studere miniatyrrobotter fra science fiction, som han fortærede som barn.
Miniatyrrobotter inspireret af insekter kunne en dag blive brugt til at søge i trange rum efter de overlevende efter en katastrofe, overvåge luftkvaliteten og endda udfylde som pollinerende for insekter i det virkelige liv, der er udslettet fra et område.
"Forestil dig en verden, hvor vi kunne bruge det sensoriske input fra hvert eneste insekt på Jorden, " sagde Drew. "Det er den slags højopløsningsdata, vi kan få."
Men så godt som disse bioinspirerede prototyper syntes sandsynligvis at fungere, sagde Drew, de løb ind i et problem, som deres virkelige inspiration ikke stod over for - energi. I modsætning til et insekt har en miniatyrrobot brug for en strømkilde, og det betyder normalt et batteri af en eller anden art. Men batterier kan kun blive så små, og at sætte et større, mere kraftfuldt batteri på en mikrorobot betyder, at hele roboten har brug for at blive større og besejre formålet.
Drew sagde, at hans rådgiver dog troede, at en vintage-løsning muligvis kunne løse dette moderne dilemma - ion-thrustere. Disse motorer går tilbage til eksperterne af raketpioneren Robert Goddard, og udnytter den enkle elektrostatisk effekt, som de fleste mennesker, der har trukket sokker, sidder sammen ud af tørretumbleren. I det væsentlige fungerer ionfremdrift ved at skyde et elektron ind i et kammer fyldt med en gas af en eller anden art. Når det rammer et atom i gassen, banker det elektron et elektron af atomet, hvilket gør det positivt ladet. Et negativt ladet gitter nær enden af kammeret trækker derefter dette atom ud af thrusteren. Atomets kraft, der flyver ud af thrusteren, fremdriver sit håndværk fremad.
Denne kraft er dog så lille som et atom, og ionstrusterne lyser i forhold til kraften i brændstof- eller batteridrevne motorer. Forsøg på at opskalere ion-thrustere for at få dem til at ligne motorerne i Star Wars eller endda arbejde med hoverboards har været succesrige på grund af hvor svag kraften er. Ionmotorer er blevet henvist til rumvakuumet, hvor satellitter, der bruger dem, ikke har nogen modstand mod luft og effektivitet betyder mere end hastighed.
Men Drew indså, at for alle deres fejl på makroskalaen kunne ion-thrustere udføre vidundere på mikroskalaen.
Han designede små versioner af ion-thrustere og begyndte at arbejde på at integrere dem i miniatyrrobotter. Disse "ionocraft" er omtrent en halv tomme kvadratisk og flyver via en tether. Fremtidige versioner bruger muligvis små indbyggede batterier til at komme op til 10 minutters flyvning, og Drew håber at se dem blive endnu mere effektive. Han demonstrerede en af sine robotter på en konference sidste måned i Montreal, Canada. I øjeblikket kan håndværket ikke styres, men Drew og hans team er i stand til at kontrollere dens højde, hvilket gør det beslægtet med en grundlæggende quadcopter med sine fire motorer, siger han. Med sin mangel på bevægelige dele og støjsvag fremdrift, siger Drew, at tilskuere har beskrevet ionfartøjet som "uhyggelig" og "som en UFO."
Drew arbejder nu med at forbedre trækket på sine mikroroboter for at få dem til at bevæge sig hurtigere og mere magtfuldt, såvel som at tænke på, hvordan disse ionocraft vil blive styret en dag, og endda hvordan mennesker vil interagere med dem psykologisk, når disse enheder begynder at komme ind i hverdagen . Han ser for sig VR-simuleringer, der ville parre mennesker med en sverm af disse mikroroter, som man kunne støde på.
”Microrobotics er et så ungt felt, ” sagde Drew. "Du er nødt til at presse på alle aspekter af det for at gøre fremskridt."
En tidligere version af denne artikel oplyste forkert, at ionocraft flyver via batteri. I øjeblikket er håndværket bundet til en strømkilde, men fremtidige versioner bruger muligvis batteristrøm. Smithsonian.com beklager fejlen.
