MilliMobile, il veicolo elettrico più piccolo al mondo, non ha batteria

“Le porte della storia girano su piccoli cardini”, amava dire la mia insegnante di storia del liceo, la signora Monahon (NON Monahan!). Se questo è vero, la rivoluzione dei veicoli elettrici potrebbe un giorno avere un debito di gratitudine nei confronti di MilliMobile, il veicolo elettrico più piccolo di tutti.

MilliMobile misura solo 10 mm (0,4 pollici) quadrati. È stato creato da ricercatori dell’Università di Washington, che lo presenteranno al mondo alla 29esima conferenza internazionale annuale sul mobile computing e sulle reti che si terrà a Madrid all’inizio di ottobre. In un articolo pubblicato dall’università, scrivono:

“Vi presentiamo MilliMobile: il primo robot autonomo nel suo genere, senza batteria, in grado di funzionare sfruttando l’energia solare e RF raccolta. Sfidiamo il presupposto convenzionale secondo cui il movimento e l’attuazione vanno oltre le capacità dei dispositivi senza batteria e dimostriamo un funzionamento autonomo completamente senza vincoli in un’illuminazione realistica per interni ed esterni, nonché in scenari di erogazione di potenza RF.

“Mostriamo innanzitutto che miniaturizzando un robot su scala di grammi, possiamo ridurre significativamente l’energia necessaria per spostarlo. In secondo luogo, sviluppiamo metodi per produrre movimento intermittente scaricando un piccolo condensatore (47-150 µF) per muovere un motore a passi discreti, consentendo il movimento a partire da un minimo di 50 µW di potenza o meno. Sviluppiamo ulteriormente tecniche definite dal software per massimizzare la raccolta di energia. MilliMobile opera nella parte ottimale della curva di ricarica variando il tempo di ricarica per raggiungere velocità massime fino a 5,5 mm/s.

“Il prototipo MilliMobile ha un telaio 10×10 mm e pesa meno di 1,1 g. Il nostro robot può trasportare carichi pari a 3 volte il proprio peso e subisce una riduzione della velocità solo del 25% quando trasporta un carico utile di 1 g. Dimostriamo il funzionamento su 10 diverse superfici che vanno dal legno e cemento al terreno compatto. Mostriamo inoltre la capacità di avvio a freddo e di movimento in condizioni di luce fino a 20 W/m2 e -10 dBm di potenza RF.

“Oltre a funzionare sfruttando l’energia raccolta, il nostro robot dimostra autonomia di sensori e controlli ricercando la luce utilizzando i fotodiodi integrati e può trasmettere i dati dei sensori in modalità wireless a una stazione base a oltre 200 metri di distanza”.

MilliMobile è lento ma costante

Credito immagine: Università di Washington

Secondo Nuovo Atlante, ci sono numerose situazioni in cui un robot non ha bisogno di muoversi velocemente, ma ha bisogno di coprire lunghe distanze (“lunghe” è un termine relativo) senza dover ricaricare le batterie. Il minuscolo robot MilliMobile per la raccolta di energia è stato progettato proprio per questi scenari.

Non ha batterie ma incorpora due motori, un telaio in fibra di carbonio, un circuito stampato pieghevole, un sensore di luce, celle solari e un’antenna. Può trasportare fino a tre volte il proprio peso (un po’ come una formica) sotto forma di carichi come telecamere e sensori ambientali.

Mentre la MilliMobile si muove lungo superfici piane, recupera energia dalla luce ambientale e dalle onde radio. Anche in una giornata nuvolosa, secondo quanto riferito, può coprire una distanza di circa 9 metri in un’ora. Lo fa muovendosi in incrementi invece di cercare di accumulare energia sufficiente per compiere l’intero viaggio in una volta sola.

“Ci siamo ispirati al ‘calcolo intermittente’, che suddivide programmi complessi in piccoli passaggi, quindi un dispositivo con una potenza molto limitata può funzionare in modo incrementale, man mano che l’energia è disponibile”, ha affermato il dottorando Kyle Johnson, co-autore principale dello studio. “Con MilliMobile abbiamo applicato questo concetto al movimento.”

Utilizzando il suo sensore di luce, il robot può dirigersi autonomamente verso una fonte di luce specifica. Può anche trasmettere i dati del sensore tramite Bluetooth. Nei test, ha trasmesso con successo i dati dai sensori di luce, temperatura e umidità integrati.

I MilliMobile che lavorano in sciami collaborativi potrebbero condividere i dati tra loro in modalità wireless. (Se stai ricevendo un Rapporto di minoranza atmosfera qui, non sei solo.) Le potenziali applicazioni per la tecnologia includono il monitoraggio dell’umidità del suolo nelle aziende agricole, l’esecuzione di ispezioni di macchinari nelle fabbriche o la ricerca della fonte di perdite di gas.

Cosa può fare MilliMobile?

Credito immagine: Università di Washington

L’articolo rappresenta una lettura affascinante per coloro che amano approfondire i dettagli tecnici. Ecco come gli autori riassumono il loro lavoro:

“La capacità di trasportare un’ampia varietà di carichi utili di sensori consente numerosi scenari applicativi. Rispetto a un nodo sensore statico, MilliMobile può cercare e localizzare attivamente i segnali sensoriali. Ad esempio, MilliMobile può ricercare fughe di gas o sostanze chimiche utilizzando sensori di gas, oggetti metallici con un magnetometro, sorgenti RF utilizzando un’antenna e un ricevitore o un rilevatore di buste, temperatura per rilevare incendi o fonti di calore e molto altro ancora. La capacità di muoversi consente anche il campionamento dei gradienti spaziali, che è importante per molte di queste applicazioni.

“Se combinati con sensori come le telecamere, i nostri robot potrebbero essere utilizzati per automatizzare un’ampia varietà di attività di ispezione, soprattutto in scenari pericolosi per l’uomo. Le apparecchiature e le infrastrutture industriali come trasmettitori radio ad alta potenza e altri dispositivi che generano forti campi elettromagnetici sono dannosi per la salute umana, ma forniscono lo scenario perfetto per i robot di raccolta di energia per automatizzare attività pericolose.

“I nostri robot non sono vincolati dalla durata della batteria e in teoria potrebbero funzionare per una vita infinita all’aperto per compiti di ispezione su strade, binari ferroviari, ecc. Allo stesso modo i nostri robot potrebbero essere utilizzati per l’esplorazione spaziale o interplanetaria grazie alle loro dimensioni ridotte e alla capacità di operare con l’energia raccolta. La capacità di muoversi in un fattore di forma così piccolo potrebbe anche essere combinata con i recenti sviluppi nel rilascio di sensori aerei per consentire un preciso dispiegamento su larga scala di reti di sensori.

“La capacità di eseguire l’attuazione senza batteria apre una serie di nuove direzioni di ricerca per i sistemi wireless a basso consumo. Ad esempio, la possibilità di spostare un intero nodo di sensori o parti di esso consente di incorporare il feedback remoto da un dispositivo periferico per creare una rete di sensori controllabile dinamicamente.

“Ad esempio, una stazione base potrebbe coordinare la rete per guidare i sensori direzionali come le telecamere per concentrarsi su un bersaglio di interesse, oppure i nodi potrebbero utilizzare questa capacità per spostare se stessi o la propria antenna per ottimizzare la connettività. Questi stessi principi potrebbero essere estesi anche ad altri domini come l’HCI per abilitare interfacce tattili senza batteria. Il nostro robot utilizza motori a vibrazione progettati per interfacce tattili.

“Inoltre, queste tecniche potrebbero essere estese per utilizzare altri attuatori come solenoidi o piezoelettrici e combinate con modalità alternative di raccolta di energia come la raccolta di energia dalla pressione di pulsanti o dal movimento dell’utente per i dispositivi indossabili.

“Migliorare la raccolta di energia del nostro robot potrebbe migliorare ulteriormente le prestazioni. Un circuito personalizzato con inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) e un convertitore boost potrebbe essere utilizzato per aumentare l’efficienza in scenari di carico utile elevato e, combinando RF e raccolta solare, potrebbe aumentare ulteriormente l’erogazione di energia. La raccolta di energia multibanda, il beamforming su nodi specifici e le antenne migliorate potrebbero migliorare ulteriormente la raccolta RF.

“Sebbene il nostro robot sia in grado di muoversi verso un bersaglio come una fonte di luce, attualmente non dispone di controllo di navigazione e feedback. L’integrazione di un accelerometro o l’utilizzo di alcune delle numerose tecniche di localizzazione wireless sviluppate dalla comunità dei sistemi mobili potrebbe consentire ai robot di viaggiare verso posizioni precise. Inoltre, ci sono opportunità significative per migliorare le capacità di rete che stabiliscono la connettività tra i nodi per consentire sciami su larga scala di nodi di sensori robotici”.

L’asporto

È facile liquidare il MilliMobile come un po’ sciocco, ma farlo sarebbe un errore. Consideratelo simile ai primi pannelli solari. Le possibilità di miglioramento sono enormi e i casi d’uso quasi infiniti. Ricorda il nome MilliMobile. È probabile che ne sentirete parlare molto negli anni a venire.