Magnetically actuated gearbox for the wireless control of millimeter-scale robots

机器人 夹紧 扭矩 毫米 执行机构 充气的 材料科学 磁场 无线 功率(物理) 电气工程 声学 机械工程 计算机科学 工程类 物理 光学 电信 量子力学 人工智能 热力学
作者
Chong Hong,Ziyu Ren,Che Wang,Mingtong Li,Yingdan Wu,Dewei Tang,Wenqi Hu,Metin Sitti
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:7 (69) 被引量:50
标识
DOI:10.1126/scirobotics.abo4401
摘要

The limited force or torque outputs of miniature magnetic actuators constrain the locomotion performances and functionalities of magnetic millimeter-scale robots. Here, we present a magnetically actuated gearbox with a maximum size of 3 millimeters for driving wireless millirobots. The gearbox is assembled using microgears that have reference diameters down to 270 micrometers and are made of aluminum-filled epoxy resins through casting. With a magnetic disk attached to the input shaft, the gearbox can be driven by a rotating external magnetic field, which is not more than 6.8 millitesla, to produce torque of up to 0.182 millinewton meters at 40 hertz. The corresponding torque and power densities are 12.15 micronewton meters per cubic millimeter and 8.93 microwatt per cubic millimeter, respectively. The transmission efficiency of the gearbox in the air is between 25.1 and 29.2% at actuation frequencies ranging from 1 to 40 hertz, and it lowers when the gearbox is actuated in viscous liquids. This miniature gearbox can be accessed wirelessly and integrated with various functional modules to repeatedly generate large actuation forces, strains, and speeds; store energy in elastic components; and lock up mechanical linkages. These characteristics enable us to achieve a peristaltic robot that can crawl on a flat substrate or inside a tube, a jumping robot with a tunable jumping height, a clamping robot that can sample solid objects by grasping, a needle-puncture robot that can take samples from the inside of the target, and a syringe robot that can collect or release liquids.
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