Robot-bier: Forskere udvikler fuldt omnidirectional flyvende robot

I en verdenspremiere har forskere ved Washington State University (WSU) designede en robot-bi, kaldet Bee++, der er i stand til stabil flyvning i alle retninger, herunder den intrikate twist-bevægelse 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 redningsindsats.

Bee++-prototypen, konstrueret med fire carbonfiber- og mylar-vinger og fire letvægtsaktuatorer, hver kontrollerende en vinge, repræsenterer en betydelig 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 en unik design, men også udviklingen af avancerede kontrolsystemer, der efterligner funktionen af et insekt-hjerne. “Det er en blanding af robot-design og kontrol,” tilføjede han, understreger vigtigheden af at skabe en ‘kunstig hjerne’ for disse små robotter.

Overvindelse af flere begrænsninger

WSU-holdets første skabelse var en to-vignet robot-bi. Det var dog begrænset i dets bevægelser. For at overvinde denne begrænsning byggede Pérez-Arancibia og hans ph.d.-studerende en fire-vignet robot, der var let nok til at lette i 2019. Robotten kunne udføre komplekse manøvrer, pitching og rolling, ved at flappe sine vinger 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, forklarende, at uden det, robotter spinner ud af kontrol, mister fokus og crasher. Han understregede, at alle grader af bevægelse er kritisk vigtige for undvigelsesmanøvrer eller sporing af objekter.

Ved at tage inspiration fra insekter introducerede teamet en design, hvor vingerne flappede i en vinklet plane. De øgede også vingeflap-frekvensen fra 100 til 160 gange per sekund. “En del af løsningen var den fysiske design af robotten, og vi opfandt også en ny design for kontrolleren – hjernen, der fortæller robotten, hvad den skal gøre,” tilføjede han.

Med en vægt på 95 mg og en vingespænd 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 vand-stridere.

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 banbrydende arbejde ser fremtiden for robotteknologi lys ud, fuld af løfter om endnu flere banebrydende udviklinger.