Robotbier: Forskere udvikler en robot, der kan flyve i alle retninger

I en verdenspremiere har forskere ved Washington State University (WSU) designet en robotbi, kaldet Bee++, der er i stand til stabil flyvning i alle retninger, herunder den intrikate drejebevægelse omkring den lodrette akse, kendt som yaw. Dette fascinerende gennembrud i robotteknologi, muliggjort af en kombination af innovativ design og komplekse kontrolalgoritmer, har en række potentielle anvendelser, der strækker sig fra kunstig bestøvning til miljøovervågning og eftersøgnings- og redningsindsats.

Bee++-prototypen, konstrueret med fire carbonfiber- og mylar-vinger og fire letvægtsaktuatorer, hver kontrollerende en vinge, repræsenterer et betydeligt fremskridt i robotteknologi. Det er den første af sin art, der opnår de seks grader af fri bevægelse, observeret i flyvende insekter. Teamet ledet af Néstor O. Pérez-Arancibia, Flaherty-associeret professor på WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering, offentliggjorde deres forskning i IEEE Transactions on Robotics og præsenterede deres resultater på IEEE International Conference on Robotics and Automation.

“Forskere har forsøgt at udvikle kunstige flyvende insekter i mere end 30 år,” sagde Pérez-Arancibia. Skabelsen af disse små robotter kræver ikke kun et unikt design, men også udviklingen af avancerede kontrolsystemer, der efterligner funktionen af en insekthjerne. “Det er en blanding af robot-design og kontrol,” tilføjede han, idet han understregede vigtigheden af at skabe en ‘kunstig hjerne’ for disse små robotter.

Overvindelse af flere begrænsninger

WSU-holdets første skabelse var en to-vinget robotbi. Den var dog begrænset i sine bevægelser. For at overvinde denne begrænsning byggede Pérez-Arancibia og hans ph.d.-studerende en fire-vinget robot, der var let nok til at lette i 2019. Robotten kunne udføre komplekse manøvrer, nikning og rulning ved at slå med vingerne i varierende mønstre.

Indarbejdningen af yaw-kontrol præsenterede dog en betydelig udfordring. “Hvis du ikke kan kontrollere yaw, er du super begrænset,” sagde Pérez-Arancibia, og forklarede, at robotter uden denne kontrol roterer ukontrolleret, mister fokus og styrter ned. Han understregede, at alle grader af bevægelse er kritisk vigtige for undvigelsesmanøvrer eller sporing af objekter.

Ved at tage inspiration fra insekter introducerede teamet et design, hvor vingerne slog i et skråtstillet plan. De øgede også vingeslagsfrekvensen fra 100 til 160 gange per sekund. “En del af løsningen var det fysiske design af robotten, og vi opfandt også et nyt design for kontrolleren – hjernen, der fortæller robotten, hvad den skal gøre,” tilføjede han.

Med en vægt på 95 mg og et vingefang på 33 millimeter er Bee++ større end rigtige bier og kan i øjeblikket kun flyve autonomt i omkring fem minutter ad gangen. Men disse begrænsninger har ikke dæmpet teamets ånd. De arbejder på at udvikle andre typer insekt-robotter, herunder krybere og skøjteløbere.

Udviklingen af Bee++, en inkarnation af værdien af biomimikri og innovation, er blevet støttet af forskellige organisationer, herunder National Science Foundation, DARPA, WSU Foundation og Palouse Club gennem WSU’s Cougar Cage-program. Med dette banebrydende arbejde ser fremtiden for robotteknologi lys ud, fuld af løfter om endnu flere banebrydende udviklinger.