Robotyczna pszczoła, która może latać we wszystkich kierunkach, została opracowana przez naukowców z Washington State University.
Z czterema skrzydłami wykonanymi z włókna węglowego i mylaru oraz czterema lekkimi siłownikami do sterowania każdym skrzydłem, prototyp Bee++ jako pierwszy lata stabilnie we wszystkich kierunkach. Obejmuje to trudny ruch obrotowy znany jako odchylenie, przy czym Bee ++ w pełni osiąga sześć stopni swobodnego ruchu, które wykazuje typowy owad latający.
Naukowcy, kierowani przez Néstora O. Péreza-Arancibię, profesora nadzwyczajnego Flaherty’ego w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej WSU, informują o swojej pracy w czasopiśmie IEEE Transactions on Robotics. Pérez-Arancibia przedstawi wyniki na Międzynarodowej Konferencji IEEE na temat Robotyki i Automatyki pod koniec tego miesiąca.
Naukowcy od ponad 30 lat próbują opracować sztuczne owady latające, powiedział Pérez-Arancibia. Pewnego dnia mogą być wykorzystywane do wielu zastosowań, w tym do sztucznego zapylania, poszukiwań i ratownictwa w ciasnych przestrzeniach, badań biologicznych lub monitorowania środowiska, w tym w nieprzyjaznych środowiskach.
Ale samo zachęcenie maleńkich robotów do startu i lądowania wymagało opracowania kontrolerów, które działają tak, jak mózg owada.
„To mieszanka robotycznego projektu i sterowania” – powiedział. „Kontrola jest wysoce matematyczna, a ty projektujesz coś w rodzaju sztucznego mózgu. Niektórzy nazywają to ukrytą technologią, ale bez tych prostych mózgów nic by nie działało”.
Naukowcy początkowo opracowali dwuskrzydłą robotyczną pszczołę, ale jej ruch był ograniczony. W 2019 roku Pérez-Arancibia i dwóch jego doktorantów po raz pierwszy zbudowali czteroskrzydłowego robota wystarczająco lekkiego, aby mógł wystartować. Aby wykonać dwa manewry, znane jako kołysanie lub kołysanie, naukowcy sprawiają, że przednie skrzydła trzepoczą w inny sposób niż tylne skrzydła podczas kołysania, a prawe skrzydła trzepoczą w inny sposób niż lewe skrzydła podczas toczenia, tworząc moment obrotowy, który obraca robota wokół jego dwie główne osie poziome.
Ale możliwość kontrolowania złożonego ruchu odchylenia jest niezwykle ważna, powiedział. Bez tego roboty wymykają się spod kontroli, nie mogąc skupić się na punkcie. Potem się rozbijają.
„Jeśli nie możesz kontrolować odchylenia, jesteś bardzo ograniczony” – powiedział. „Jeśli jesteś pszczołą, oto kwiat, ale jeśli nie możesz kontrolować odchylenia, cały czas się kręcisz, próbując się tam dostać”.
Posiadanie wszystkich stopni ruchu jest również niezwykle ważne dla manewrów unikowych lub śledzenia obiektów.
„System jest bardzo niestabilny, a problem jest bardzo trudny” – powiedział. „Przez wiele lat ludzie mieli teoretyczne pomysły na kontrolowanie odchylenia, ale nikt nie mógł tego osiągnąć z powodu ograniczeń uruchamiania”.
Aby umożliwić robotowi obracanie się w kontrolowany sposób, naukowcy wzorując się na owadach, przesunęli skrzydła tak, aby trzepotały w płaszczyźnie ustawionej pod kątem. Zwiększyli także liczbę machnięć skrzydłami na sekundę, jaką ich robot może wykonać – ze 100 do 160 razy na sekundę.
„Częścią rozwiązania był fizyczny projekt robota, a także wynaleźliśmy nowy projekt kontrolera – mózg, który mówi robotowi, co ma robić” – powiedział.
Ważący 95 mg i rozpiętość skrzydeł 33 milimetrów, Bee++ jest wciąż większy niż prawdziwe pszczoły, które ważą około 10 miligramów. W przeciwieństwie do prawdziwych owadów, może latać autonomicznie tylko przez około pięć minut na raz, więc jest najczęściej podłączony do źródła zasilania za pomocą kabla. Naukowcy pracują również nad opracowaniem innych rodzajów robotów owadzich, w tym pełzaczy i nart wodnych.
Byli doktoranci Péreza-Arancibii na Uniwersytecie Południowej Kalifornii, Ryan M. Bena, Xiufeng Yang i Ariel A. Calderón, są współautorami artykułu. Prace zostały sfinansowane przez National Science Foundation i DARPA. Fundacja WSU i Palouse Club za pośrednictwem programu WSU Cougar Cage również zapewniły wsparcie.