Микромощные источники питания на службе микроробототехники

Сидоров В.Г.; Ткачева Т.В.; Шкловец М.А.; Ушаков А.В.

<Тешетневс^ие чтения. 2016

их использования для прогнозирования температурной нестабильности ГУН.

Рис. 2. Экспериментальное и прогнозируемое значения ОНЧ ГУН

Учет ухода частоты кварцевого генератора при помощи полиномиальной модели температурного ухода второго порядка позволяет снизить относительную нестабильность генератора до 1 • 10-10 отн. ед, обусловленную температурными колебаниями корпуса в диапазоне - 10... 60 °С. Без использования техники введения поправки температурного ухода частоты таких результатов удается добиться при использовании дорогостоящих ультрапрецизионных генераторов с двухступенчатым термостатированием [5].

Библиографические ссылки

1. Белов Л. Компоненты синтезаторов стабильной частоты - генераторы, управляемые напряжением // Электроника: НТБ. 2004. № 1. С. 42-46.

2. Гусев С. В. Исследование и разработка микросхем для компенсации температурной нестабильности выходной частоты кварцевых генераторов : автореф. дис. ... канд. техн. наук. М. : ИПК МИЕТ, 2012. 27 с.

3. Методика экспериментальной оценки девиации Аллана высокостабильных атомных стандартов с ис-

пользованием цифрового осциллографа / А. С. Аникин, А. В. Артемов, В. Г. Корниенко и др. // Доклады ТУСУРа. 2013. № 3 (29). С. 10-16.

4. Трусова А. Ю., Ильина А. И. Моделирование и анализ динамических систем // Вестник СамГУ. 2003. № 7 (108). С. 127-133.

5. Вороховский Я. Прецизионные кварцевые резонаторы и генераторы для современных радиоэлектронных комплексов // Электроника: НТБ. 2010. № 1. С. 34-38.

References

1. Belov L. Komponenty sintezatorov stabil'noi chastoty - generatory, upravlyaemye napryazheniem [Components of stable frequency synthesizer - voltage-controlled oscillators]. Smolensk, Elektronika NTB. 2004. № 1. P. 42-46. (In Russ.)

2. Gusev S. Issledovanie i razrabotka mikroskhem dlya kompensatsii temperaturnoi nestabil'nosti vykhodnoi chastoty kvartsevykh generatorov [The microchip research и engineering for compensation of temperature stability of quartz oscillator output frequency]. Moscow : IPK MIET. 2012. 27 p. (In Russ.)

3. Anikin A. S., Artemov A. V., Kornienko V. G., Lebedev V. Yu. [Experimental techniques of the Allan deviation in high-stable atomic standards by using a digital oscilloscope] // Doklady TUSURa. 2013. № 3. P. 10-16. (In Russ.)

4. Trusova A. Yu., Ilyina A. I. Modelirovanie i analiz dinamicheskih sistem [Modeling and analysis of dynamic data] // Samara, Vestnik SamGU. 2003. № 7(108). P. 127-133. (In Russ.)

5. Vorohovskij Ja.. Precizionnye kvarcevye rezonatory i generatory dlja sovremennyh radiojelektronnyh kompleksov [Precision quartz crystals and oscillators for modern radioelectronic systems]. Smolensk : Elektronika NTB. 2010. № 1. P. 34-48. (In Russ.)

УДК 621.384.2

МИКРОМОЩНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА СЛУЖБЕ МИКРОРОБОТОТЕХНИКИ*

В. Г. Сидоров, Т. В. Ткачева*, М. А. Шкловец, А. В. Ушаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Новое поколение робототехнических устройств нуждается в компактных элементах питания. Одним из перспективных направлений в этой области считается создание радиоактивных источников питания на основе бетавольтаического эффекта.

Ключевые слова: радиоактивные источники питания, бетавольтаический эффект.

*Работы проведены при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы», соглашение о предоставлении субсидии № 14.577.21.0117.

Системы управления, космическая навигация и связь

MICROPOWER SOURCES OF POWER IN THE SERVICE OF MICRO ROBOTICS

V. G. Sidorov, T. V. Tkacheva*, M. A. Shklovets, A. V. Ushakov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

A new generation of robotic devices needs compact batteries. One promising direction in this area is the creation of nuclear power sources on the basis of betavoltaic effect.

Keywords: nuclear power sources, betavoltaic effect.

Развитие национальной робототехники - одна из важнейших задач, отражающая основные тенденции развития робототехники, сформировавшиеся в последние годы во всем мире. Приоритетными являются развитие и внедрение технологических роботов для основных производственных операций, космической сферы деятельности, медицины, военных целей. Также значительные усилия компаний и государственных институтов, ведущих робототехнические исследования, находятся в области сервисных роботов и развития микроробототехники.

Робот - самое эффективное техническое средство для работ в экстремальных условиях, борьбы с терроризмом, пожаротушения, ликвидации последствий техногенных и природных катастроф.

По мнению зарубежных экспертов, в промышленном производстве и контроле за окружающей средой микророботы в XXI веке будут играть одну из ведущих ролей. В США и Японии осуществляется ряд проектов, целью которых является создание мини- и микророботов.

В США инициирующим фактором в развитии микроробототехники стало появление программы микроэлектромеханических систем (МЭМС), разработанной по заказу Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) с названием «MEMS - Microelectromechanical Systems» [1].

Микророботы весом всего несколько граммов и размером 5-6 миллиметров имеют огромные перспективы применения: производство и обслуживание более крупных механизмов, получение данных о различных средах, медицина.

Предполагается, что военные и правоохранительные органы будут оснащены как разведывательными микророботами наземного применения, так и летательными микроаппаратами для ведения разведки и выполнения других тактических задач.

Сегодня в мире достаточно идей для создания роботов различного назначения. Развитие технологии производства и систем управления роботов уже привело к созданию действующих прототипов бегающих, ползающих, летающих устройств разных микроразмеров и форм. Однако главная проблема микророботов все еще не решена - нет компактных источников питания нужной ёмкости (рис. 1-2) [1].

Источник питания является главным слабым местом современных микроботов. К сожалению, совре-

менные аккумуляторы имеют слишком низкую плотность энергии для использования в микророботах, а солнечные панели - недостаточную эффективность преобразования света в электричество. Но даже в нынешнем виде микророботы демонстрируют огромный потенциал микромашин.

Рис. 1. Микророботы I-SWARM

Рис. 2. Летающая модель робота Robo-fly

Альтернативой для существующих источников питания могут стать новейшие разработки в данной области, которые ведутся постоянно различными компаниями и университетами разных стран (рис. 3-4).

Одно из направлений в миниатюризации источников питания связано с применением так называемых «атомных» батареек, использующих энергию распада радиоактивного элемента.

В России также ведутся работы по исследованию возможности создания радиостимулированных источников питания на основе бетавольтаического эффекта 63№.

Решетневские чтения. 2016

Работы, проводимые в СибГАУ при участии авторов [1-5], по созданию микромощного источника питания на основе бетавольтаического эффекта позволят значительно повысить мобильность существующих и перспективных разработок мини- и микророботов.

! ЫапоТгпшт^ ^ 1

ЙЛ "«мрюо <яу [

Рис. 3. Образец NanoTritium™

Рис. 4. Образец Firefli™

Библиографические ссылки

1. Разработка технологии, конструкции и изготовление радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного и импульсного напряжения на основе высокообогащенного изотопа нике-ля-63 : отчет по ПНИ / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, рук. П. В. Зеленков. Красноярск, 2015.

2. Electron-hole pairs generation rate estimation irradiated by isotope Nickel-63 in silicone using GEANT4 [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1757-899X/94/1/012024 (дата обращения 16.09.2016).

3. Plasma chemical silicon etching process [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/122/1/012028 (дата обращения 16.09.2016).

4. Modeling of microporous silicon betaelectric converter with 63Ni plating in GEANT4 toolkit] [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1757-899X/122/1/012036 (дата обращения 16.09.2016).

5. Planar betavoltaic converter creation with plasmaimmersion ion implantation process [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/122/1/012029.

References

1. Razrabotka tekhnologii, konstruktsii i izgotovlenie radiatsionno-stimulirovannogo istochnika povyshennogo postoyannogo i impul'snogo napryazheniya na osnove vysokoobogashchennogo izotopa nikelya-63. Otchet po PNI. FGBOU VO «SibGAU», ruk. P. V. Zelenkov. Krasnoyarsk, 2015 (In Russ.).

2. Kovalev I. V., Sidorov V. G., Zelenkov P. V., Khoroshko A. Y. and Lelekov A. T. [Electron-hole pairs generation rate estimation irradiated by isotope Nickel-63 in silicone using GEANT4] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 94. Available at: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/ 1757-899X/94/1/012024.

3. Rudenko K. V., Miakonkih A. V., Rogojin A. E., Bogdanov S. V., Sidorov V. G. and Kovalev I. V. [Plasma chemical silicon etching process] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. Available at: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/122/1/012028.

4. Zelenkov P. V., Sidorov V. G., Lelekov E. T., Khoroshko A. Y., Bogdanov S. V. and Lelekov A. T. [Modeling of microporous silicon betaelectric converter with 63Ni plating in GEANT4 toolkit] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. Available at: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/122/1/012036.

5. Rudenko K. V., Miakonkih A. V., Rogojin A. E., Bogdanov S. V., Sidorov V. G. and Zelenkov P. V. [Planar betavoltaic converter creation with plasmaimmersion ion implantation process] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. Available at: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/122/1/012029.

MICROPOWER SOURCES OF POWER IN THE SERVICE OF MICRO ROBOTICS

Текст научной работы на тему «Микромощные источники питания на службе микроробототехники»