Гарвардский RoboBee давно показал, что может летать, нырять и парить, как настоящее насекомое. Но какой смысл в чуде полета без безопасного способа приземления? RoboBee, легендарное инженерное достижение Гарвардской лаборатории микроробототехники, теперь оснащен самым надежным на сегодняшний день посадочным устройством, созданным по образцу одного из самых грациозных существ в природе: мухи-долгоножки.
В журнале Science Robotics опубликовано сообщение о том, что группа под руководством Роберта Вуда, профессора инженерии и прикладных наук имени Гарри Льюиса и Марлин Макграт в Школе инженерии и прикладных наук имени Джона А.
Полсона (SEAS), оснастила своего летающего робота длинными сочлененными ногами, которые облегчают его переход из воздуха на землю.
Робот также получил обновленный контроллер, который помогает ему замедляться при приближении, обеспечивая плавное приземление. Эти усовершенствования защищают чувствительные пьезоэлектрические приводы робота — энергоемкие «мускулы», задействованные для полета, которые легко ломаются под воздействием внешних сил при жестких приземлениях и столкновениях.
Посадка RoboBee была проблематичной отчасти из-за того, насколько он мал и легок — весит всего одну десятую грамма, размах крыльев составляет 3 см.
Предыдущие итерации страдали от значительного влияния земли или нестабильности из-за воздушных вихрей от его хлопающих крыльев — во многом похожих на направленные к земле сильные порывы ветра, создаваемые винтами вертолета.
«Раньше, если нам нужно было совершить посадку, мы выключали аппарат немного выше земли и просто бросали его, молясь, чтобы он приземлился ровно и безопасно», — объяснил соавтор Кристиан Чан, аспирант, руководивший механической модернизацией робота.
В их статье описывается усовершенствование контроллера робота, или мозга, для адаптации к эффектам земли по мере его приближения, усилия, предпринятые соавтором и бывшим постдокторантом Нак-Сыном Патриком Хёном.
Хён руководил контролируемыми испытаниями по приземлению на лист, а также на твердые поверхности.
«Успешная посадка любого летательного аппарата зависит от минимизации скорости при приближении к поверхности перед ударом и быстрого рассеивания энергии после удара», — сказал Хён, ныне доцент Университета Пердью.
«Даже с крошечными закрылками RoboBee, влияние земли нельзя игнорировать при полете близко к поверхности, а после удара ситуация может ухудшиться, поскольку он подпрыгивает и кувыркается». Лаборатория обратилась к природе, чтобы вдохновить ее на механические усовершенствования для искусного полета и грациозной посадки на различных ландшафтах.
Они выбрали долгоножку, относительно медленное, безвредное насекомое, которое появляется с весны до осени и часто ошибочно принимается за гигантского комара.
«Размер и масштаб размаха крыльев и тела нашей платформы были примерно такими же, как у долгоножек», — сказал Чан. Они отметили длинные, сочлененные конечности долгоножек, которые, скорее всего, дают насекомым возможность смягчать приземления.
Долгоножки также характеризуются короткими полетами — большую часть своей короткой взрослой жизни (от нескольких дней до пары недель) они тратят на посадку и взлет.
Рассмотрев записи образцов из базы данных Гарвардского музея сравнительной зоологии, команда создала прототипы различных архитектур ног, остановившись на конструкциях, похожих на сегментацию ног и расположение суставов долгоножек.
Лаборатория использовала методы производства, впервые разработанные в Гарвардской лаборатории микроробототехники, для адаптации жесткости и амортизации каждого сустава. Постдокторант и соавтор Алисса Эрнандес привнесла в проект свои познания в области биологии, получив докторскую степень на кафедре органической и эволюционной биологии Гарвардского университета, где она изучала передвижение насекомых.
«RoboBee — отличная платформа для изучения взаимодействия биологии и робототехники», — сказал Эрнандес.
«Поиск биовдохновения среди удивительного многообразия насекомых открывает нам бесчисленные пути для дальнейшего совершенствования робота.
В свою очередь, мы можем использовать эти роботизированные платформы в качестве инструментов для биологических исследований, проводя исследования, проверяющие биомеханические гипотезы». В настоящее время RoboBee остается привязанным к внешним системам управления.
Команда продолжит фокусироваться на масштабировании транспортного средства и внедрении бортовой электроники, чтобы дать роботу датчик, питание и автономность управления — трехсторонний Святой Грааль, который позволит платформе RoboBee по-настоящему взлететь.
«Долгосрочная цель — полная автономность, но в то же время мы работали над проблемами электрических и механических компонентов, использующих привязанные устройства», — сказал Вуд.
«Неудивительно, что страховочные тросы мешали нашим экспериментам, и поэтому безопасная посадка — один из важнейших шагов по их удалению». Миниатюрный размер RoboBee и его способность летать, как у насекомых, открывают интригующие возможности для будущих применений, включая мониторинг окружающей среды и наблюдение за стихийными бедствиями.
Среди любимых потенциальных применений Чана — искусственное опыление — сфотографируйте рои RoboBees, жужжащих вокруг вертикальных ферм и садов будущего.
Рубрика: Hi-Tech. Читать весь текст на android-robot.com.