نحل روبوتي: باحثون يطورون روبوتًا قادرًا على الطيران في جميع الاتجاهات

في إنجاز هو الأول من نوعه عالميًا، قام باحثون في جامعة واشنطن الحكومية (WSU) بتصميم نحلة روبوتية، اسمها Bee++، قادرة على الطيران المستقر في جميع الاتجاهات، بما في ذلك الحركة الملتوية المعروفة باسم yaw. هذا الاختراق المثير في مجال الروبوتات، الذي تم تمكينه من خلال تصميم مبتكر و خوارزميات تحكم معقدة، له تطبيقات محتملة عديدة تتراوح من تلقيح النباتات اصطناعيًا إلى رصد البيئة و جهود البحث و الإنقاذ.

النموذج الأولي من Bee++، الذي تم بناؤه مع أربعة أجنحة من الألياف الكربونية والميلار و أربعة محركات خفيفة، كل منها يتحكم في جناح، يمثل تقدمًا كبيرًا في مجال الروبوتات. إنه الأول من نوعه في تحقيق ست درجات من حرية الحركة الموجودة في الحشرات الطائرة. الفريق بقيادة نستور أو بيريز-أرنسيبيا، أستاذ مشارك يشغل منصب Flaherty في كلية الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد في WSU، نشر بحثهم في IEEE Transactions on Robotics و قدموا نتائجهم في مؤتمر IEEE الدولي حول الروبوتات و الأتمتة.

“لقد حاول الباحثون تطوير الحشرات الطائرة الاصطناعية لأكثر من 30 عامًا،” قال بيريز-أرنسيبيا. إنشاء هذه الروبوتات الصغيرة يتطلب ليس فقط تصميمًا فريدًا ولكن أيضًا تطوير متحكمات متقدمة تقلد عمل دماغ الحشرة. “إنه مزيج من تصميم الروبوتات و التحكم،” أضاف، مشيرًا إلى أهمية إنشاء “دماغ اصطناعي” لهذه الروبوتات الصغيرة.

تخطي عدة قيود

كان أول إبداع لفريق WSU نحلة روبوتية ذات جناحين. ومع ذلك، كانت محدودة في حركتها. لتخطي هذا القيد، بنى بيريز-أرنسيبيا و طلاب الدكتوراه لديه روبوتًا رباعي الجناح خفيفًا بما يكفي للانطلاق في عام 2019. يمكن للروبوت تنفيذ مناورات معقدة، مثل الدوران حول المحور العرضي (pitch) والمحور الطولي (roll)، عن طريق خفقان أجنحته في أنماط مختلفة.

إدخال التحكم في الانعراج (yaw)، مع ذلك، قدم تحديًا كبيرًا. “إذا كنت لا تستطيع التحكم في yaw، فأنت محدود للغاية،” قال بيريز-أرنسيبيا، شرحًا أن بدونها، تدور الروبوتات بشكل خارج عن السيطرة وتفقد اتجاهها وتتحطم. وأكد أن جميع درجات الحركة مهمة بشكل حرج لمناورات التهرب أو تتبع الأجسام.

بإلهام من الحشرات، أدخل الفريق تصميمًا حيث تخفق الأجنحة في مستوى مائل. كما زادوا من تكرار خفقان الجناح من 100 إلى 160 مرة في الثانية. “جزء من الحل كان التصميم الفيزيائي للروبوت، و كنا قد اخترعنا تصميمًا جديدًا للتحكم — الدماغ الذي يخبر الروبوت بما يجب فعله،” أضاف.

بوزن 95 ملليغرام و باع جناحي يبلغ 33 ملم، فإن Bee++ أكبر من النحل الحقيقي وهو حاليًا قادر فقط على الطيران المستقل لمدة خمس دقائق في المرة. لكن هذه القيود لم تثبط عزيمة الفريق. إنهم يعملون على تطوير أنواع أخرى من روبوتات الحشرات، بما في ذلك الزحافات وروبوتات تحاكي حشرات بقّ الماء التي تسير على سطحه.

تطوير Bee++، تجسيدًا لقيمة التقليد الحيوي و الابتكار، قد تم دعمه من قبل منظمات مختلفة، بما في ذلك مؤسسة العلوم الوطنية، DARPA، مؤسسة WSU، و نادي بالوز من خلال برنامج Cougar Cage في WSU. مع هذا العمل الرائد، يبدو مستقبل الروبوتات مشرقًا، يمتلئ بالوعد بمزيد من التطورات المبتكرة.