طائرات صغيرة الحجم تعمل بالعامل الناعم

بعد العديد من المحاولات السابقة في هذا المجال، نجح الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في تنفيذ مرونة الحشرات في روبوتات طيران صغيرة الحجم. كما هو الحال في العديد من حالات تقنية الروبوتات، نظر الفريق إلى الطبيعة للبحث عن الإلهام. الحشرات هي非常 مرونة وقادرة على تحمل الاصطدامات أثناء الطيران، ويمكنها التنقل بفعالية في ظروف متغيرة مثل عوات السحب والمنstacles.

الأستاذ كيفن يوفينج تشين هو الذي بنى النظام. وهو عضو في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب ومختبر الإلكترونيات البحثي.

نشرت الأبحاث في مجلة IEEE Transactions on Robotics. شارك في تأليف البحث زيهيجيان، طالب دكتوراه في MIT؛ سيي شو، طالب دكتوراه في جامعة هارفارد؛ وباكبونج تشيراتانانون، روبوتيست في جامعة مدينة هونغ كونغ.

الروبوتات الجوية التي تعمل بالعامل الناعم

تعتمد الروبوتات الجوية على فئة جديدة من العوامل الناعمة التي تمكنها من التغلب على التحديات الفيزيائية المختلفة في الطيران الحقيقي. وفقًا لتشين، يمكن أن تستخدم الروبوتات في النهاية من قبل البشر لتلوين المحاصيل أو فحص الماكينات في المساحات الصغيرة.

تتطلب الطائرات بدون طيار الحالية مساحات مفتوحة بسبب عدم قدرتهم على العمل في المساحات المحصورة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى حقيقة أنهم لا يستطيعون التعامل مع الاصطدامات.

“إذا نظرنا إلى معظم الطائرات بدون طيار اليوم، فإنها عادة ما تكون كبيرة جدًا،” يقول تشين. “معظم تطبيقاتها تتضمن الطيران في الهواء الطلق. السؤال هو: هل يمكنك إنشاء روبوتات بحجم الحشرات التي يمكنها التحرك في مساحات معقدة ومتشابكة؟”

وفقًا لتشين، “تحدي بناء روبوتات جوية صغيرة هو هائل”.

https://www.youtube.com/watch?v=50_kK9phHy8

بديل للمحركات المصغرة

أحد القيود الرئيسية للطائرات بدون طيار الأكبر حجم هو أن المحركات تفقد الكفاءة عند تصغيرها، وهو السبب في أن تشين يقول إن هناك حاجة إلى بدائل.

البدیل الرئيسي حتى الآن هو محرك صغير ومرن مصنوع من مواد سيراميكية بيزوإلكترونية. كانت هذه المواد مسؤولة عن الجيل الأول من الروبوتات الطائرة الصغيرة. ومع ذلك، فهي هشة، مما يجعل من الصعب على الروبوتات تحمل الاصطدامات.

اعتمد تشين على العوامل الناعمة لتطوير روبوت صغير أكثر موثوقية، وعلى عكس العوامل الصلبة، تتكون من أسطوانات مطاطية رقيقة مغطاة bằng أنابيب نانومترية كربونية. من خلال عملية التمدد والانقباض المتكررة الناجمة عن القوى الكهروستاتيكية المنتجة، يمكن أن تدق أجنحة الطائرة بسرعة.

يمكن للعوامل الجديدة أن تؤدي 500 ضربة في الثانية، مشابهة لحركة الحشرات.

“يمكنك ضربها أثناء طيرانها، ويمكنها التعافي،” يقول تشين. “يمكنها أيضًا أداء مناورات عدوانية مثل القفزات في الهواء”.

تزن الطائرة الحشرية فقط 0.6 غرام، وهو ما يعادل تقريبًا كتلة نحلة كبيرة.

“إذا كنت تريد أن تتعلم كيف تطير الحشرات، فمن المفيد بناء نموذج روبوتي بمقياس صغير،” يقول تشين. “يمكنك إزعاج بعض الأشياء ومراقبة كيف تتأثر الحركية أو كيف تتغير القوى السائلة. هذا سيساعدك على فهم كيفية طيران تلك الأشياء”.

يتหวى تشين أن تستخدم الروبوتات في مختلف الصناعات، مثل الزراعة، وتشمل التطبيقات المحتملة إدارة المحاصيل وعمليات البحث والإنقاذ.

“جميع هذه الأشياء يمكن أن تكون تحديات كبيرة للروبوتات الكبيرة الحالية،” يقول تشين.