Robobee Harvard od dawna pokazuje, że może latać, nurkować i unosić się jak prawdziwy owad. Ale jaki dobry jest cud lotu bez bezpiecznego sposobu lądowania?
Robobee, o piętrowym osiągnięciu inżynierii przez Harvard Miclorobotics Laboratory, jest teraz wyposażony w najbardziej niezawodny sprzęt do lądowania, zainspirowany jednym z najbardziej wdzięcznych lądowników Nature: The Crane Fly.
Publish in Science Robotics, zespół prowadzony przez Roberta Wooda, Harry Lewis i Marlyn McGrath profesor inżynierii i nauk stosowanych w John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), nadał swojemu robotowi z zestawu długich, łączących nóg, które pomagają ułatwić jej przejście z powietrza na ziemię. Robot otrzymał również zaktualizowany kontroler, który pomaga zwalniać podejście, co skutkuje delikatnym dół.
Ulepszenia te chronią delikatne siłowniki piezoelektryczne robota-gęsto energooszczędne „mięśnie” rozmieszczone do lotu, które są łatwo złamane przez siły zewnętrzne z szorstkich lądowań i kolizji.
Landowanie było problematyczne dla robobee, częściowo z powodu tego, jak mały i lekki jest – wadze zaledwie dziesiątą gramu, z rozpiętością skrzydeł 3 centymetrów. Poprzednie iteracje ucierpiały z powodu znaczącego efektu gruntu lub niestabilności w wyniku wirów powietrznych ze skrzydeł trzepotania-podobnie jak na gruntu, pełne siły, generowane przez śmigłowce śmigłowce.
„Wcześniej, gdybyśmy poszli na lądowanie, wyłączylibyśmy pojazd trochę nad ziemią i po prostu go upuścilibyśmy i modlilibyśmy się, aby wylądował pionowo i bezpiecznie”-wyjaśnił współczesny autor Christian Chan, absolwent, który kierował mechanicznym przeprojektowaniem robota.
Ich artykuł opisuje poprawę kontrolera robota lub mózgu, aby dostosować się do efektów naziemnych, gdy się zbliża, wysiłki prowadzone przez współistniejącego autora i byłego badacza doktora-stoktorowego Naka-seunga Patricka Hyuna. Hyun prowadził kontrolowane testy lądowania na liściu, a także sztywnych powierzchni.
„Udane lądowanie każdego latającego pojazdu polega na minimalizacji prędkości, gdy zbliża się do powierzchni przed uderzeniem i szybko rozprasza energię po uderzeniu” – powiedział Hyun, obecnie adiunkt na Uniwersytecie Purdue. „Nawet przy drobnych klapach robobee, efekt gruntu nie jest niezbędny podczas latania blisko powierzchni, a sytuacja może się pogorszyć po uderzeniu, gdy odbija się i przewraca”.
Laboratorium sprawdzało naturę, aby zainspirować ulepszenia mechaniczne do zręcznego lotu i wdzięcznego lądowania na różnych terenach. Wybrali muchę dźwigu, stosunkowo powolny, nieszkodliwy owad, który wyłania się od wiosny do jesieni i często jest mylony z gigantycznym komariem. „Rozmiar i skala rozpiętości skrzydeł i ciała naszej platformy były dość podobne do much dźwigowych” – powiedział Chan.
Zauważyli, że Crane Flies ma długie, połączone przydatki, które najprawdopodobniej dają owadom zdolność do tłumienia ich lądowania. Muchy dźwigowe charakteryzują się dodatkowo ich krótkoterminowymi lotami-większość ich krótkiej żywotności dorosłych (dni do kilku tygodni) spędza lądowanie i starcie.
Biorąc pod uwagę rekordy okazów z bazy danych Muzeum Zoologii Harvarda, zespół stworzył prototypy różnych architektur nóg, osiedlając się w projektach podobnych do segmentacji nóg muchy dźwigowej i wspólnej lokalizacji. W laboratorium zastosowało metody produkcyjne pionierowe w Harvard Microrobotics Lab do dostosowania sztywności i tłumienia każdego stawu.
Badacz i współautorka doktora Alyssa Hernandez wniosła swoją wiedzę biologii do projektu, otrzymując doktorat. z Departamentu Biologii Organizmu i Ewolucji Harvarda, gdzie studiowała lokomocję owadów. „Robobee to doskonała platforma do odkrywania interfejsu biologii i robotyki” – powiedział Hernandez. „Poszukiwanie bioinspiracji w ramach niesamowitej różnorodności owadów oferuje nam niezliczone możliwości dalszego ulepszania robota. Wzajemnie możemy wykorzystać te platformy robotyczne jako narzędzia do badań biologicznych, tworząc badania, które testują hipotezy biomechaniczne”.
Obecnie Robobee pozostaje przywiązany do systemów sterowania poza pokładem. Zespół będzie nadal koncentrować się na skalowaniu pojazdu i włączeniu elektroniki pokładowej, aby dać czujnik robotów, moc i autonomię kontrolną-trzyosobowe święte Graal, który pozwoliłby platformie Robobee naprawdę się wystartować.
„Długoterminowym celem jest pełna autonomia, ale w międzyczasie pracowaliśmy nad wyzwaniami dla komponentów elektrycznych i mechanicznych przy użyciu urządzeń na uwięzi”-powiedział Wood. „Tethers bezpieczeństwa, co nie dziwi, przeszkadzali naszym eksperymentom, a zatem bezpieczne lądowanie jest jednym krytycznym krokiem do usunięcia tych Tetherów”.
Niewielka wielkość Robobee i waleczność lotnicza przypominająca owady oferują intrygujące możliwości przyszłych zastosowań, w tym monitorowanie środowiska i nadzór katastrof. Wśród ulubionych potencjalnych zastosowań Chana jest sztuczne zapylenie – obrazy robobów brzęczące wokół pionowych gospodarstw i ogrodów przyszłości.
National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program pod grantem nr DGE 2140743 poparł te badania.