Благодаря электролюминесцентным частицам, встроенным в микроскопические искусственные мускулы дронов, их перемещения можно отслеживать, а также взаимодействовать с ними, наблюдая за свечением разных цветов непосредственно в воздушной среде.
Жуки-светляки обладают специальными органами, где протекают фотохимические процессы, благодаря которым их брюшко ярко светится в ночное время. Это свечение играет роль в общении: с его помощью насекомые находят партнеров для размножения, отпугивают врагов и выполняют другие задачи. Теперь подобную возможность получили и роботы.
Миниатюрные устройства, созданные инженерами из Массачусетского технологического института (MIT), способны не только к полету, но и к взаимодействию друг с другом с помощью электролюминесценции. Подробности этого достижения представлены в сообщении пресс-службы MIT. Статья ученых опубликована в журнале IEEE Robotics and Automation Letters.
Микродроны, разрабатываемые группой исследователей под руководством профессора Кевина Чена из Массачусетского технологического института, имеют вес, сопоставимый с канцелярской скрепкой, и не позволяют установить на них полноценный комплект датчиков и средств связи. В связи с этим, управление ими обычно осуществляется централизованным компьютером, который определяет местоположение каждого микродрона посредством инфракрасной видеокамеры.
В практических условиях эксплуатации подобная система оказывается недостаточно стабильной, главным образом из-за сложности идентификации каждого устройства в видеопотоке. В связи с этим исследователи приняли решение о ее упрощении, и в настоящее время для выполнения такой задачи вполне достаточно пары стандартных камер, которыми оснащены современные мобильные телефоны.
Сами микродроны были представлены в конце 2021 года. Их главной особенностью стало использование необычных искусственных мускулов, позволяющих аппаратам летать. Для этого ученые использовали структуры, состоящие из сверхтонких слоев эластомера, проложенных проводящими углеродными нанотрубками и свернутых в цилиндры. При подаче тока на нанотрубки упругий эластомер сжимается, заставляя цилиндр сокращаться и приводя в движения крылышки аппарата.
Для обеспечения свечения микродроны оснастили элементами с электролюминесцентными свойствами – миниатюрными «вставками», которые активируются при подаче небольшого напряжения на прозрачные электроды. В эластомер искусственных мускулов добавили электролюминесцентные частицы сульфата цинка. Разработчики утверждают, что такое дополнение незначительно увеличило энергопотребление устройств – всего на 3,2 процента, а также их массу на 2,4 процента, при этом не ухудшив летные характеристики.
Чен и его коллеги провели испытания своей разработки в лабораторных условиях, фиксируя движение аппаратов с помощью трех камер iPhone. Информация с этих камер передавалась на компьютер, который мог определять местоположение каждого дрона в пространстве с погрешностью до двух миллиметров. Особо подобранные люминесцентные частицы позволяют добиться различной цветовой гаммы, при этом элементы, расположенные в разных мускулах одного дрона, могут светиться индивидуально. В перспективе это позволит им передавать информацию о своем состоянии и местонахождении, обеспечивая управление и связь с роями таких миниатюрных устройств.