Motoren aangedreven door ionen dragen momenteel satellieten buiten ons zonnestelsel, maar hier op aarde kan deze futuristische aandrijving miniatuurrobots aandrijven.
Daniel Drew, een student engineering aan de Universiteit van Californië, Berkeley, werd geïnspireerd om miniatuurrobots te bestuderen uit de science fiction die hij als kind verslond.
Miniatuurrobots geïnspireerd op insecten kunnen ooit worden gebruikt om na een ramp in besloten ruimtes te zoeken naar overlevenden, de luchtkwaliteit te bewaken en zelfs in te vullen als bestuivers voor levensechte insecten die uit een gebied zijn weggevaagd.
"Stel je een wereld voor waar we kunnen profiteren van de sensorische input van elk insect op aarde, " zei Drew. "Dat soort gegevens met een hoge resolutie kunnen we krijgen."
Maar naast deze bio-geïnspireerde prototypes leken waarschijnlijk te werken, zei Drew, ze stuitten op een probleem waar hun real-life inspiraties niet voor stonden - energie. In tegenstelling tot een insect heeft een miniatuurrobot een stroombron nodig, en dat betekent meestal een soort batterij. Maar batterijen kunnen alleen zo klein worden, en als u een grotere, krachtigere batterij op een microrobot plaatst, moet de hele robot groter worden en het doel verslaan.
Drew zei echter dat zijn adviseur dacht dat een vintage-oplossing dit moderne dilemma zou kunnen oplossen - ionenschroeven. Deze motoren dateren uit de experimenten van raketpionier Robert Goddard en maken gebruik van het eenvoudige elektrostatische effect dat de meeste mensen kennen die sokken uit de droger hebben geplakt. In essentie werkt ionenaandrijving door een elektron in een kamer te schieten die gevuld is met een soort gas. Wanneer het een atoom van het gas raakt, klopt dat elektron een elektron van het atoom, waardoor het positief wordt geladen. Een negatief geladen rooster nabij het einde van de kamer trekt dat atoom vervolgens uit de boegschroef. De kracht van dat atoom dat uit de boegschroef vliegt, stuwt zijn vaartuig naar voren.
Die kracht is echter zo klein als een atoom, en ionenschroeven verbleken in vergelijking met het vermogen van motoren met brandstof of batterijen. Pogingen om ionenschroeven op te schalen om ze te laten lijken op de motoren in Star Wars of zelfs met hoverboards te werken, zijn mislukt vanwege de zwakke kracht. Ionenmotoren zijn verbannen naar het vacuüm in de ruimte, waar satellieten die ze gebruiken geen weerstand ondervinden van lucht en efficiëntie belangrijker is dan snelheid.
Maar Drew realiseerde zich dat ionschroeven voor al hun fouten op de macroschaal wonderen op de microschaal konden doen.
Hij ontwierp kleinschalige versies van ionenschroeven en begon te integreren in miniatuurrobots. Deze "ionocraft" zijn ongeveer een halve inch in het vierkant en vliegen via een ketting. Toekomstige versies kunnen kleine on-board batterijen gebruiken om tot 10 minuten vlucht te krijgen, en Drew hoopt dat ze nog efficiënter worden. Hij demonstreerde een van zijn robots vorige maand op een conferentie in Montreal, Canada. Momenteel kan het vaartuig niet worden bestuurd, maar Drew en zijn team zijn in staat om de hoogte te regelen, waardoor het lijkt op een eenvoudige quadcopter met zijn vier motoren, zegt hij. Met zijn gebrek aan bewegende delen en stille voortstuwing zegt Drew dat toeschouwers de ionocraft hebben beschreven als "spookachtig" en "als een UFO."
Drew werkt nu aan het verbeteren van de stuwkracht van zijn microrobots om ze sneller en krachtiger te laten bewegen, en denkt ook na over hoe deze ionocraft op een dag zullen worden gestuurd en zelfs hoe mensen er psychologisch mee zullen omgaan wanneer deze apparaten het dagelijks leven beginnen in te gaan . Hij stelt zich VR-simulaties voor die mensen zouden koppelen aan een zwerm van deze microrobots die men zou kunnen tegenkomen.
"Microrobotics is zo'n jong veld, " zei Drew. "Je moet er alles aan doen om vooruitgang te boeken."
Een eerdere versie van dit artikel verklaarde ten onrechte dat de ionocraft via de batterij vliegt. Momenteel is het vaartuig gebonden aan een stroombron, maar toekomstige versies kunnen batterijvermogen gebruiken. Smithsonian.com betreurt de fout.
