Ρομποτικά Μέλισσες: Ερευνητές Ανέπτυξαν Πλήρως Ομοιοσταθμικό Ιπτάμενο Ρομπότ

Σε ένα παγκόσμιο πρωτόκολλο, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ουάσινγκτον (WSU) έχουν σχεδιάσει μια ρομποτική μέλισσα, που ονομάζεται Bee++, ικανή για σταθερή πτήση σε όλες τις κατευθύνσεις, συμπεριλαμβανομένης της περίπλοκης στροφής που ονομάζεται yaw. Αυτή η φασινώδης πρόοδος στον τομέα της ρομποτικής, που ενεργοποιήθηκε από μια σύγκλιση καινοτόμου σχεδίασης και σύνθετων αλγορίθμων ελέγχου, έχει πολλές πιθανές εφαρμογές που варіюνται από την τεχνητή γονιμοποίηση μέχρι την περιβαλλοντική παρακολούθηση και τις προσπάθειες έρευνας και διάσωσης.

Το πρωτότυπο Bee++, κατασκευασμένο με τέσσερις πτέρυγες από άνθρακα και μυλάρ και τέσσερις ελαφριές ενεργοποιητές, κάθε ένας από τους οποίους ελέγχει μια πτέρυγα, αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στη ρομποτική. Είναι το πρώτο του είδους που επιτύχει τις έξι βαθμούς ελευθερίας κίνησης που παρατηρούνται στα ιπτάμενα έντομα. Η ομάδα με ηγεσία του Néstor O. Pérez-Arancibia, Flaherty αναπληρωτή καθηγητή στο Τμήμα Μηχανικής και Υλικών του WSU, δημοσίευσε την έρευνά τους στο IEEE Transactions on Robotics και παρουσίασε τα ευρήματά τους στη Διεθνή Διάσκεψη IEEE για Ρομποτική και Αυτοματοποίηση.

“Οι ερευνητές προσπαθούν να αναπτύξουν τεχνητά ιπτάμενα έντομα για περισσότερα από 30 χρόνια”, είπε ο Pérez-Arancibia. Η δημιουργία αυτών των μικρών ρομπότ απαιτεί όχι μόνο μια μοναδική σχεδίαση αλλά και την ανάπτυξη προηγμένων ελεγκτών που μιμούνται τη λειτουργία του εγκεφάλου eines εντόμου. “Είναι ένα μείγμα ρομποτικής σχεδίασης και ελέγχου”, πρόσθεσε, τονίζοντας τη σημασία της δημιουργίας ενός ‘τεχνητού εγκεφάλου’ για αυτά τα μικρά ρομπότ.

Αντιμετωπίζοντας Πολλές Περιορισμοί

Η πρώτη δημιουργία της ομάδας του WSU ήταν μια ρομποτική μέλισσα με δύο πτέρυγες. Ωστόσο, ήταν περιορισμένη στις κινήσεις της. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το περιορισμό, ο Pérez-Arancibia και οι φοιτητές του διδάκτορα κατασκεύασαν ένα ρομπότ με τέσσερις πτέρυγες αρκετά ελαφρύ για να απογειωθεί το 2019. Το ρομπότ μπορούσε να εκτελέσει σύνθετες манέβρες, πιτσίνοντας και ρολάροντας, αναπτύσσοντας τις πτέρυγες του σε διαφορετικά μοτίβα.

Η ενσωμάτωση του ελέγχου yaw, ωστόσο, παρουσίασε μια σημαντική πρόκληση. “Εάν δεν μπορείτε να ελέγξετε το yaw, είστε πολύ περιορισμένοι”, είπε ο Pérez-Arancibia, εξηγώντας ότι χωρίς αυτό, τα ρομπότ σπινάρονται εκτός ελέγχου, χάνουν την εστίασή τους και συντρίβονται. Τόνισε ότι όλες οι βαθμίδες κίνησης είναι κρίσιμες για τις αποφευκτικές манέβρες ή την παρακολούθηση αντικειμένων.

Λαμβάνοντας έμπνευση από τα έντομα, η ομάδα εισήγαγε μια σχεδίαση όπου οι πτέρυγες αναπτύσσονται σε một γωνιακό επίπεδο. Αυξήθηκε επίσης η συχνότητα της πτέρυγας από 100 σε 160 φορές το δευτερόλεπτο. “Μέρος της λύσης ήταν η φυσική σχεδίαση του ρομπότ, και επίσης εφευρέσαμε μια νέα σχεδίαση για τον ελεγκτή — τον εγκέφαλο που λέει στο ρομπότ τι να κάνει”, πρόσθεσε.

Σε 95 mg με μια πτέρυγα 33 χιλιοστών, το Bee++ είναι μεγαλύτερο από τις πραγματικές μέλισσες και目前 μόνο ικανό για αυτόνομη πτήση για περίπου πέντε λεπτά κάθε φορά. Αλλά αυτά τα περιορισμοί δεν έχουν σβήσει το πνεύμα της ομάδας. Εργάζονται για την ανάπτυξη άλλων τύπων εντόμων ρομπότ, συμπεριλαμβανομένων των crawlers και water striders.

Η ανάπτυξη του Bee++, μια ενσάρκωση της αξίας της βιομιμήσεως και της καινοτομίας, έχει υποστηριχθεί από διάφορες οργανώσεις, συμπεριλαμβανομένης της Εθνικής Επιστημονικής Ίδρυσης, DARPA, του Ιδρύματος WSU και του Palouse Club μέσω του προγράμματος Cougar Cage του WSU. Με αυτή την πρωτοποριακή εργασία, το μέλλον της ρομποτικής φαίνεται φωτεινό, γεμάτο με την υπόσχεση ακόμα περισσότερων πρωτοποριακών ανακαλύψεων.