MilliMobile: Roboter bewegt sich mit wenig Energiebedarf vorwärts
Ein Mikroroboter bewegt sich nur mit Energie aus Licht und Radiowellen impulsartig fort.
(Bild: University of Washington)
Ein Team von Ingenieuren hat mit MilliMobile einen winzigen selbstfahrenden Roboter entwickelt, der lediglich von Energie aus Licht und Radiowellen angetrieben autonom seine Umgebung erkunden kann. Der Roboter setzt dazu auf eine impulsartige Fortbewegung und benötigt dadurch nur sehr wenig Energie.
Der vierrädrige MilliMobile ist knapp 10 mm x 10 mm groß und wiegt lediglich 1,1 g, kann aber eine Zuladung von mehr als 3 g transportieren. Dann verringert sich allerdings seine Geschwindigkeit, bei einer Zuladung von 1 g um etwa 25 Prozent. Maximal kann er 5,5 mm pro Sekunde zurücklegen. An bewölkten Tagen legt er so pro Stunde rund 10 Meter zurück, wie die Forschenden in ihrer Studie "MilliMobile: An Autonomous Battery-free Wireless Microrobot“ (PDF) beschreiben, die am 2. Oktober auf der ACM MobiCom 2023 in Madrid vorgestellt werden soll.
Die Energie zur Fortbewegung bezieht der Roboter aus der Umgebung von Licht und emittierten Radiowellen, die in einem Energiesammler gespeichert werden. Dazu sind lediglich 20 W/m2 und -10 dBm an Radiowellen nötig, um genügend Energie zu gewinnen. Die Energie fließt in einen Kondensator mit zwischen 47 μF und 150 μF. Er reicht aus, um etwa 50 μW Leistung schrittweise durch Entladung abzugeben und den Roboter mit seinem Elektromotor fortzubewegen.
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"Wir haben uns vom 'intermittierenden Computing' inspirieren lassen, bei dem komplexe Programme in kleine Schritte unterteilt werden, sodass ein Gerät mit sehr begrenzter Leistung inkrementell arbeiten kann, wenn Energie zur Verfügung steht", sagt der Co-Autor Kyle Johnson, Doktorand an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering.
"Mit MilliMobile haben wir dieses Konzept auf die Bewegung angewendet. Wir haben die Größe und das Gewicht des Roboters so reduziert, dass er nur wenig Energie für seine Bewegung benötigt. Und ähnlich wie ein Tier, das Schritte macht, bewegt sich unser Roboter in diskreten Schritten, indem er kleine Energieimpulse verwendet, um seine Räder zu drehen."
Der Roboter selbst ist mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, die Daten über Helligkeit, Temperatur und Feuchtigkeit sammeln. Die Daten können über Bluetooth über eine Entfernung von 200 m übertragen werden.
Autonome Navigation
Der MilliMobile kann dabei selbstständig navigieren und sich etwa mittels eines eingebauten Lichtsensors auf eine Lichtquelle zubewegen. Das klappte während verschiedener Tests problemlos. Auch konnte sich der Roboter über verschiedene Untergründe bewegen, darunter Beton sowie verdichtete Erde.
Der Plan der Forscher ist, die Sensoren übergreifend in einem Roboterschwarm einzusetzen, um so etwa in einer intelligenten Farm den Feuchtigkeitsgehalt von Böden zu überwachen oder in einer Fabrik nach elektromagnetischem Rauschen zu suchen und Fehlfunktionen in Anlagen aufzudecken.
(olb)