Nyt udviklet insekt-størrelse droner kan modstå sammenstød

Efter mange tidligere forsøg på området har forskere på Massachusetts Institute of Technology (MIT) lykkes med at implementere insekt-agilitet i små flyvende robotter. Som med mange eksempler på robotteknologi, således søger holdet inspiration i naturen. Insekter er ekstremt akrobatiske og kan modstå sammenstød under flyvning, og de kan effektivt navigere i ændrede forhold som vindstød og hindringer.

Professor Kevin Yufeng Chen er den, der har bygget systemet. Han er medlem af afdelingen for elektroteknik og datalogi og Research Laboratory of Electronics.

Forskningen er offentliggjort i tidsskriftet IEEE Transactions on Robotics. Medforfattere inkluderer Zhiijian, MIT-phd-studerende; Siyi Xu, Harvard University-phd-studerende; og Pakpong Chiraattananon, City University of Hong Kong-robottekniker.

Luftrobotter drevet af bløde aktuatorer

Luftrobotterne afhænger af en ny klasse af bløde aktuatorer, der giver dem mulighed for at overvinde forskellige fysiske udfordringer i virkelige flyvninger. Ifølge Chen, kan robotterne muligvis blive brugt af mennesker til at bestøve afgrøder eller inspicere maskineri i små rum.

Nuværende droner kræver åbne rum på grund af deres manglende evne til at operere i begrænsede rum, primært på grund af, at de ikke kan håndtere sammenstød.

“Hvis vi ser på de fleste droner i dag, er de som regel ret store,” siger Chen. “De fleste af deres anvendelser indebærer flyvning udendørs. Spørgsmålet er: Kan du skabe insekt-størrelse robotter, der kan bevæge sig rundt i meget komplekse, klædede rum?”

Ifølge Chen, “Udfordringen ved at bygge små luftrobotter er enorm.”

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

Alternativer til skalerede motorer

En af de vigtigste begrænsninger for større droner er, at de kræver motorer, der mister effektivitet, når de skaleres ned, hvilket er hvorfor Chen siger, at der skal være alternativer.

Den primære alternative indtil nu har været en lille og stiv aktuator lavet af piezoelektriske keramiske materialer. Disse materialer var ansvarlige for den første generation af små, flyvende robotter. Dog er de ødelæggelige, hvilket gør det svært for robotterne at overleve sammenstød.

Chen har brugt bløde aktuatorer til at udvikle en mere pålidelig lille robot, og til forskel fra hårde aktuatorer, består de af tynde gummicylindere belagt med kulstofnanorør. Gennem processen med gentagen forlængelse og sammentrækning, fremkaldt af producerede elektrostatisk kræfter, kan dronens vinger slå hurtigt.

De nye aktuatorer kan slå 500 gange per sekund, ligesom et insekt.

“Du kan ramme det, mens det flyver, og det kan genoprette sig,” siger Chen. “Det kan også udføre aggressive manøvrer som saltomortaler i luften.”

Insekt-lignende dronen vejer kun 0,6 gram, hvilket er næsten lig med massen af en stor humlebi.

“Hvis du vil lære, hvordan insekter flyver, er det meget instruktivt at bygge en skalamodel,” siger Chen. “Du kan forstyrre nogle ting og se, hvordan det påvirker kinematikken eller hvordan fluidkræfterne ændrer sig. Det vil hjælpe dig med at forstå, hvordan disse ting flyver.”

Chen håber, at robotterne kan blive brugt i forskellige industrier, såsom landbrug, og potentielle anvendelser inkluderer afgrødeledelse og redningsmissioner.

“Alle disse ting kan være meget udfordrende for eksisterende store robotter,” siger Chen.