Design and simulation of a theoretical model for floating microrobots for wastewater treatment

Abstract

The document introduces two types of soft microrobots, a planar microrobot with nickel and magnet plates symmetrically distributed onto a polymer with the aim to be able to float in stability, while the other is a starfish-shaped microrobot that imitates the locomotion of echinoderms with a planar center modeled as a rigid body with five fins attached with an axial separation of 30° each. The first one aims to float while the second aims to swim by the movement of the fins. The theoretical models for each microrobot are presented, simulated, and partially proved experimentally. At last, the results showed that the planar microrobot with the initial dimensions does not float, but its floating capacity can be controlled by the dimensions of its geometry, finally proposing a new microrobot with different dimensions. On the other hand, the starfish microrobot results in the centimeter scale showed that the displacement, pressure, and velocity at t=1 s are 1.5 cm, 284 x10^(-4) Pa, and 20 mm/s, respectively, which indicates that the locomotion is actually very fast compared to other methods. These results could be extrapolated to work on the microscale.

Este documento introduce dos tipos de microrobots suaves (materiales suaves): un microrobot plano con láminas de imán y niquel distribuidas simetricamente sobre un polímero con el objetivo de hacerlo flotar en estabilidad, mientras que el otro es un microrobot con forma de estrella de mar que imita la locomoción de los equinodermos con un centro plano modelado como un cuerpo rígido con cinco brazos a una separación axial de 30 grados cada uno. El primero flota mientras que el segundo nada a través del movimiento de los brazos. Los modelos teóricos de cada microrobot son presentados, simulados y parcialmente probados experimentalmente. Por último, los resultados mostraron que el microrobot plano con las dimensiones iniciales no flota, pero su capacidad de flotación puede controlarse por medio de las dimensiones de su geometría, finalmente proponiendo un nuevo microrobot con nuevas dimensiones. Por otro lado, los resultados del microrobot estrella de mar en la escala de los centímetros mostró que el desplazamiento , presión y velocidad en t=1s son 1.5 cm, 284e-4 Pa y 20 mm/s respectivamente, lo que indica que la locomoción es bastante rápida comparada con otros métodos y podría ser extrapolada para microescala en el futuro.