Robotické včely: výzkumníci vyvinuli robota schopného letu ve všech směrech

Poprvé na světě výzkumníci z Washington State University (WSU) navrhli robotickou včelu, nazvanou Bee++, schopnou stabilního letu ve všech směrech, včetně složitých otočných pohybů známých jako yaw. Tento fascinující průlom v oblasti robotiky, umožněný kombinací inovativního designu a komplexních řídicích algoritmů, má široké spektrum potenciálních aplikací, od umělého opylování až po monitorování životního prostředí a záchranné operace.

Prototyp Bee++ sestávající ze čtyř křídel z uhlíkových vláken a mylaru a čtyř lehkých aktuátorů, z nichž každý ovládá jedno křídlo, představuje významný pokrok v robotice. Je to první svého druhu, který dosáhl šesti stupňů volného pohybu pozorovaného u létajícího hmyzu. Tým vedený Néstorem O. Pérez-Arancibiou, profesorem na pozici Flaherty Associate Professor na Fakultě strojního a materiálového inženýrství WSU, zveřejnil své výsledky v IEEE Transactions on Robotics a prezentoval své výsledky na mezinárodní konferenci IEEE o robotice a automatizaci.

“Výzkumníci se snažili vyvinout umělý létající hmyz již více než 30 let,” řekl Pérez-Arancibia. Vytvoření těchto malých robotů vyžaduje nejen unikátní design, ale také vývoj pokročilých kontrolérů, které napodobují fungování hmyzího mozku. “Je to směsice robotického designu a řízení,” dodal, zdůrazňující důležitost vytvoření “umělého mozku” pro tyto malé roboty.

Překonání několika omezení

První tvorba týmu WSU byla dvoukřídlá robotická včela. Byla však omezena ve svých pohybech. Aby překonali toto omezení, Pérez-Arancibia a jeho doktorandi postavili čtyřkřídlý robot dostatečně lehký na to, aby vzlétl v roce 2019. Robot mohl provádět složité manévry, klopení a klonění, máváním křídel v různých vzorcích.

Zahrnutí kontroly yaw však představovalo významnou výzvu. “Pokud nemůžete ovládat yaw, jste velmi omezeni,” řekl Pérez-Arancibia, vysvětluje, že bez něj se roboti nekontrolovaně roztočí, ztratí orientaci a havarují. Zdůraznil, že všechny stupně pohybu jsou kriticky důležité pro vyhýbavé manévry nebo sledování objektů.

Tým se inspiroval hmyzem a představil design, kde křídla mávají v úhlové rovině. Zvýšili také frekvenci mávání křídel z 100 na 160krát za sekundu. “Část řešení spočívala v fyzickém designu robota a rovněž jsme vynalezli nový design pro kontrolér – mozek, který robota řídí,” dodal.

S hmotností 95 mg a rozpětím křídel 33 milimetrů je Bee++ větší než skutečné včely a v současnosti je schopný pouze autonomního letu po dobu asi pěti minut. Tato omezení však nezmenšily nadšení týmu. Pracují na vývoji dalších typů hmyzích robotů, včetně lezoucích robotů a robotických vodoměrek.

Vývoj Bee++, který představuje hodnotu biomimetiky a inovace, byl podporován různými organizacemi, včetně National Science Foundation, DARPA, WSU Foundation a Palouse Clubu prostřednictvím programu Cougar Cage WSU. Díky této průkopnické práci vypadá budoucnost robotiky jasně, plná slibných a převratných objevů.