Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego opracowali małe roboty, które mogą zmieniać sposób poruszania się w powietrzu, „wskakując” w pozycję złożoną podczas opadania.
Kiedy te „mikrolatacze” są zrzucane z drona, używają złożenia origami Miura-ori, aby przełączyć się z upadku i rozproszenia się w powietrzu do opadania prosto na ziemię. Aby rozesłać ulotki, badacze kontrolują czas przejścia każdego urządzenia za pomocą kilku metod: pokładowego czujnika ciśnienia (szacowującego wysokość), pokładowego timera lub sygnału Bluetooth.
Mikrolotniki ważą około 400 miligramów – czyli mniej więcej o połowę mniej niż gwóźdź – i mogą pokonać odległość boiska do piłki nożnej, gdy zostaną upuszczone z wysokości 40 metrów (około 131 stóp) przy lekkim wietrze. Każde urządzenie ma wbudowany siłownik niewymagający baterii, obwód gromadzenia energii słonecznej i kontroler, który wyzwala zmiany kształtu w powietrzu. Mikrofliery mogą również przenosić na pokładzie czujniki do pomiaru temperatury, wilgotności i innych warunków podczas szybowania.
Zespół opublikował te wyniki 13 września w czasopiśmie Science Robotics.
„Korzystanie z origami otwiera nową przestrzeń projektowania dla mikrolotników” – powiedział współautor Vikram Iyer, adiunkt UW w Szkole Informatyki i Inżynierii im. Paula G. Allena. „Łączymy fałdę Miura-ori, inspirowaną geometrycznymi wzorami występującymi w liściach, z pobieraniem energii i małymi siłownikami, aby umożliwić naszym lotnikom naśladowanie lotu różnych typów liści w powietrzu. W stanie rozłożonym na płasko nasze origami konstrukcja przewraca się chaotycznie na wietrze, podobnie jak liść wiązu. Jednak przejście do stanu złożonego zmienia przepływ powietrza wokół niej i umożliwia stabilne opadanie, podobnie jak opada liść klonu. Ta wysoce energooszczędna metoda pozwala nam na pracę bez baterii kontrolę nad zejściem mikrolotów, co wcześniej nie było możliwe.”
Te systemy robotyczne pokonują kilka wyzwań projektowych. Urządzenia:
są na tyle sztywne, aby uniknąć przypadkowego przejścia w stan złożony przed sygnałem. szybkie przejście między stanami. Wbudowane siłowniki urządzeń potrzebują tylko około 25 milisekund, aby zainicjować składanie. zmieniać kształt, gdy nie jest podłączony do źródła zasilania. Obwód zbierający energię mikroflierów wykorzystuje światło słoneczne do dostarczania energii do siłownika.
Obecne mikroloty mogą przechodzić tylko w jednym kierunku – ze stanu spadania do stanu opadania. Przełącznik ten pozwala badaczom kontrolować opadanie wielu mikrolotów jednocześnie, dzięki czemu w drodze w dół rozproszą się w różnych kierunkach.
Naukowcy twierdzą, że przyszłe urządzenia będą mogły poruszać się w obu kierunkach. Ta dodatkowa funkcjonalność pozwoli na bardziej precyzyjne lądowania przy turbulentnym wietrze.
Dodatkowymi współautorami tego artykułu są Kyle Johnson i Vicente Arroyos, obaj doktoranci UW w Allen School; Amélie Ferran, doktorantka UW na wydziale budowy maszyn; Raul Villanueva, Dennis Yin i Tilboon Elberier, którzy ukończyli tę pracę jako studenci studiów licencjackich UW na kierunku elektrotechnika i informatyka; Alberto Aliseda, profesor inżynierii mechanicznej UW; Sawyer Fuller, adiunkt UW w zakresie budowy maszyn; oraz Shyam Gollakota, profesor UW w szkole Allen.
Badania te zostały sfinansowane przez stypendium Fundacji Moore’a, National Science Foundation, National GEM Consortium, program stypendialny Google, program stypendialny Cadence, program stypendialny Washington NASA Space Grant oraz program stypendialny SPEEA ACE.