Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

In new mass-production technique, robotic insects spring to life

16.02.2012
Production method inspired by children's pop-up books enables rapid fabrication of tiny, complex devices

Anzeige

A new technique inspired by elegant pop-up books and origami will soon allow clones of robotic insects to be mass-produced by the sheet.

Devised by engineers at Harvard, the ingenious layering and folding process enables the rapid fabrication of not just microrobots, but a broad range of electromechanical devices.

In prototypes, 18 layers of carbon fiber, Kapton (a plastic film), titanium, brass, ceramic, and adhesive sheets have been laminated together in a complex, laser-cut design. The structure incorporates flexible hinges that allow the three-dimensional product—just 2.4 millimeters tall—to assemble in one movement, like a pop-up book.


The entire product is approximately the size of a U.S. quarter, and dozens of these microrobots could be fabricated in parallel on a single sheet.

"This takes what is a craft, an artisanal process, and transforms it for automated mass production," says Pratheev Sreetharan (A.B. '06, S.M. '10), who co-developed the technique with J. Peter Whitney. Both are doctoral candidates at the Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Sreetharan, Whitney, and their colleagues in the Harvard Microrobotics Laboratory at SEAS have been working for years to build bio-inspired, bee-sized robots that can fly and behave autonomously as a colony. Appropriate materials, hardware, control systems, and fabrication techniques did not exist prior to the RoboBees project, so each must be invented, developed, and integrated by a diverse team of researchers.

Less than a year ago, the group was using a painstaking and error-prone method to fold, align, and secure each of the minuscule parts and joints.

"You'd take a very fine tungsten wire and dip it in a little bit of superglue," explains Sreetharan. "Then, with that tiny ball of glue, you'd go in under a microscope like an arthroscopic surgeon and try to stick it in the right place."

"Until recently, the manual assembly process was the state of the art in this field," Sreetharan adds.

The same result can now be achieved—without human error—through locking mechanisms and dip soldering. The new process also enables the use of cured carbon fiber, which is rigid and easy to align, rather than uncured carbon fiber, which Sreetharan compares to "wet tissue paper."

"Our new techniques allow us to use any material including polymers, metals, ceramics, and composites," says principal investigator Rob Wood, an Associate Professor of Electrical Engineering at SEAS and a Core Faculty Member at the Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard.

"The ability to incorporate any type and number of material layers, along with integrated electronics, means that we can generate full systems in any three-dimensional shape," Wood says. "We've also demonstrated that we can create self-assembling devices by including pre-stressed materials."

The implications of this novel fabrication strategy go far beyond these micro-air vehicles. The same mass-production technique could be used for high-power switching, optical systems, and other tightly integrated electromechanical devices that have parts on the scale of micrometers to centimeters.

Moreover, the layering process builds on the manufacturing process currently used to make printed circuit boards, which means that the tools for creating large sheets of pop-up devices are common and abundant. It also means that the integration of electrical components is a natural extension of the fabrication process—particularly important for the size- and weight-constrained RoboBees project.

"In a larger device, you can take a robot leg, for example, open it up, and just bolt in circuit boards. We're so small that we don't get to do that. I can't put a structural mechanism in here and have it serve no electrical function."

Pointing to the carbon-fiber box truss that constitutes the pop-up bee's body frame, Sreetharan says, "Now, I can put chips all over that. I can build in sensors and control actuators."

Essentially, tiny robots can now be built by slightly bigger robots. Designing how all of the layers will fit together and fold, however, is still a very human task, requiring creativity and expertise. Standard computer-aided design (CAD) tools, typically intended for either flat, layered circuit boards or 3D objects, do not yet support devices that combine both.

Once the design is complete, though, fabrication can be fully automated, with accuracy and precision limited only by the machining tools and materials.

"The alignment is now better than we can currently measure," says Sreetharan. "I've verified it to better than 5 microns everywhere, and we've gone from a 15% yield to—well, I don't think I've ever had a failure."

The full fabrication process will be described in the March issue of the Journal of Micromechanics and Microengineering. Co-authors and collaborators, beside Whitney, Sreetharan, and Wood, include Kevin Ma, a graduate student at SEAS; and Marc Strauss, a research assistant in Wood's lab.

The Harvard Office of Technology Development is now developing a strategy to commercialize this technology. As part of this effort, they have filed patent applications on this work and are engaging with entrepreneurs, venture capitalists, and companies to identify disruptive applications in a range of industries.

The work was supported by the U.S. Army Research Laboratory, the National Science Foundation (through the Expeditions in Computing program), and the Wyss Institute.

CONTACT: Caroline Perry, (617) 496-1351

Caroline Perry | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen:
www.seas.harvard.edu/news-events/press-releases/pop-up-flying-robots

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Roboterfisch bekämpft Wasserverschmutzung
23.05.2012 | BMT Group Ltd

nachricht Mit Laserstrahlen gegen Unkraut
15.05.2012 | Leibniz Universität Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit


Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.

Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.

„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...

Im Focus: Widerspenstiges Quasiteilchen erzeugt


Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.

Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Energieversorger vor dem Umbruch

24.05.2012 | Studien Analysen

Stem-cell-growing surface enables bone repair

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft und Öffentlichkeit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp