النحل الآلي: الباحثون يطورون روبوتًا طائرًا متعدد الاتجاهات بالكامل

لأول مرة في العالم ، صمم باحثون في جامعة ولاية واشنطن (WSU) نحلة آلية ، تسمى Bee ++ ، قادرة على الطيران المستقر في جميع الاتجاهات ، بما في ذلك حركة الالتواء المعقدة المعروفة باسم الانعراج. هذا الاختراق الرائع في مجال الروبوتات ، الذي تم تمكينه من خلال التقاء التصميم المبتكر وخوارزميات التحكم المعقدة ، لديه العديد من التطبيقات المحتملة التي تتراوح من التلقيح الاصطناعي إلى المراقبة البيئية وجهود البحث والإنقاذ.

يُمثل النموذج الأولي لطائرة Bee++، المصنوع من أربعة أجنحة من ألياف الكربون والمايلر وأربعة محركات خفيفة الوزن، يتحكم كل منها بجناح، تقدمًا ملحوظًا في مجال الروبوتات. وهو الأول من نوعه الذي يحقق ست درجات من حرية الحركة، كما هو الحال في الحشرات الطائرة. نشر الفريق، بقيادة نيستور أو. بيريز-أرانسيبيا، الأستاذ المشارك في فلاهيرتي بكلية الهندسة الميكانيكية وهندسة المواد بجامعة ولاية واشنطن، بحثهم في مجلة معاملات IEEE على الروبوتات وقدموا النتائج التي توصلوا إليها في المؤتمر الدولي IEEE حول الروبوتات والأتمتة.

قال بيريز-أرانسيبيا: "يسعى الباحثون منذ أكثر من 30 عامًا لتطوير حشرات طائرة اصطناعية". ولا يتطلب إنشاء هذه الروبوتات الصغيرة تصميمًا فريدًا فحسب، بل يتطلب أيضًا تطوير أجهزة تحكم متطورة تحاكي عمل دماغ الحشرات. وأضاف: "إنه مزيج من التصميم الروبوتي والتحكم"، مؤكدًا على أهمية إنشاء "دماغ اصطناعي" لهذه الروبوتات الصغيرة.

التغلب على العديد من القيود

كان أول ابتكار لفريق جامعة ولاية واشنطن نحلة روبوتية بجناحين. ومع ذلك، كانت حركتها محدودة. وللتغلب على هذا القيد، بنى بيريز-أرانسيبيا وطلاب الدكتوراه معه روبوتًا بأربعة أجنحة خفيف الوزن بما يكفي للإقلاع في عام ٢٠١٩. استطاع الروبوت تنفيذ مناورات معقدة، كالتمايل والتدحرج، من خلال رفرفة أجنحته بأنماط متنوعة.

مع ذلك، شكّل دمج نظام التحكم بالانحراف تحديًا كبيرًا. قال بيريز-أرانسيبيا: "إذا لم تتمكن من التحكم بالانحراف، فستكون قدراتك محدودة للغاية"، موضحًا أنه بدونه، ستدور الروبوتات وتفقد السيطرة، وتفقد التركيز، وتتحطم. وأكد أن جميع درجات الحركة بالغة الأهمية للمناورات المراوغة أو تتبع الأجسام.

مستوحى من الحشرات ، قدم الفريق تصميمًا حيث ترفرف الأجنحة في طائرة بزاوية. كما قاموا بزيادة تردد رفرف الجناح من 100 إلى 160 مرة في الثانية. وأضاف: "كان جزء من الحل هو التصميم المادي للروبوت ، كما اخترعنا تصميمًا جديدًا لوحدة التحكم - الدماغ الذي يخبر الروبوت بما يجب القيام به".

بوزن 95 ملغ وباع جناحين يبلغ 33 مليمترًا، يُعدّ النحل النحلي ++ أكبر من النحل الحقيقي، ولا يستطيع حاليًا الطيران ذاتيًا إلا لمدة خمس دقائق تقريبًا. لكن هذه القيود لم تُثبّط معنويات الفريق. فهم يعملون على تطوير أنواع أخرى من روبوتات الحشرات، بما في ذلك الزواحف وحشرات الماء.

حظي تطوير Bee++، الذي يُجسّد قيمة المحاكاة الحيوية والابتكار، بدعمٍ من منظماتٍ مُختلفة، منها المؤسسة الوطنية للعلوم، ووكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، ومؤسسة جامعة ولاية واشنطن، ونادي بالوس من خلال برنامج Cougar Cage التابع لجامعة ولاية واشنطن. مع هذا العمل الرائد، يبدو مستقبل الروبوتات مُشرقًا، يزخر بالمزيد من التطورات الرائدة.