Robo-mehiläiset: Tutkijat kehittivät täysin ominaisuudeltaan lentävän robotin

Maailman ensimmäisenä tutkijat Washingtonin osavaltion yliopistossa (WSU) ovat suunnitelleet robotti-mehiläisen, joka on nimeltään Bee++, joka on kykeneväinen vakaaseen lentoon kaikissa suunnissa, mukaan lukien monimutkainen kiertoliike, jota kutsutaan nimellä yaw. Tämä mielenkiintoinen läpimurto robotiikan alalla, joka on mahdollistunut innovatiivisen suunnittelun ja monimutkaisten ohjausohjelmien yhdistelmän ansiosta, on monia potentiaalisia sovelluksia, joita voidaan soveltaa esimerkiksi keinotekoiseen pölyttämiseen, ympäristön seurantaan ja etsintä- ja pelastustöihin.

Bee++ -prototyyppi, joka on valmistettu neljästä hiili- ja mylaarisiivestä ja neljästä kevyestä toimilaitteesta, joista jokainen ohjaa siipeä, edustaa merkittävää edistystä robotiikassa. Se on ensimmäinen, joka on saavuttanut kuusi vapauden astetta, joita havaitaan lentävissä hyönteisissä. Néstor O. Pérez-Arancibian johtama tiimi, joka on Flaherty-apulaisprofessori WSU:n Kone- ja materiaalitekniikan tiedekunnassa, julkaisi tutkimuksensa IEEE Transactions on Robotics -julkaisussa ja esitti tuloksensa IEEE:n kansainvälisessä robotti- ja automaatiokonferenssissa.

“Tutkijat ovat yrittäneet kehittää keinotekoisia lentäviä hyönteisiä yli 30 vuoden ajan”, sanoi Pérez-Arancibia. Näiden pienten robotien luominen vaatii sekä ainutlaatuista suunnittelua että edistyneiden ohjainten kehittämistä, jotka jäljittelevät hyönteisen aivojen toimintaa. “Se on sekoitus robotti-suunnittelua ja ohjausta”, hän lisäsi korostamalla “teko-aivojen” luomisen tärkeyttä näille pienten robotille.

Useiden rajoitusten voittaminen

WSU-tiimin ensimmäinen luomus oli kaksi siipeä omaava robotti-mehiläinen. Se kuitenkin oli rajoitettu liikkeissään. Rajoituksen voittamiseksi Pérez-Arancibia ja hänen PhD-opiskelijansa rakensivat nelisiipisen robotin, joka oli tarpeeksi kevyt nouseakseen lentoon vuonna 2019. Robotti pystyi suorittamaan monimutkaisia liikkeitä, kuten syöksymistä ja kallistumista, siipien eri tavoin flappauksen avulla.

Yaw-ohjauksen lisääminen esitti kuitenkin merkittävän haasteen. “Jos et voi ohjata yawia, olet erittäin rajoitettu”, sanoi Pérez-Arancibia selittäen, että ilman sitä robotit pyörivät hallitsemattomasti, menettävät fokusensa ja törmäilevät. Hän korosti, että kaikki liikkeen asteet ovat erittäin tärkeitä väistöliikkeiden tai objektien seuraamisen kannalta.

Hyönteisistä saadun inspiraation ansiosta tiimi esitteli suunnittelun, jossa siivet flappasivat kulmassa olevassa tasossa. He myös lisäsivät siipien flappausfrekvenssin 100:sta 160:een kertaa sekunnissa. “Osa ratkaisusta oli robotin fyysinen suunnittelu, ja keksimme myös uuden suunnittelun ohjaimelle – aivolle, joka kertoo robotille, mitä tehdä”, hän lisäsi.

95 milligramman painoisena ja 33 millimetrin siipien kärkivälillä Bee++ on suurempi kuin oikeat mehiläiset ja on tällä hetkellä vain kykeneväinen itsenäiseen lentoon noin viisi minuuttia kerrallaan. Mutta nämä rajoitukset eivät ole hidastaneet tiimin henkeä. He työskentelevät kehittääkseen muita hyönteisroboteja, kuten ryömijöitä ja vesisukeltajia.

Bee++:n kehitys, joka on ilmentymä biomimikryn ja innovaation arvosta, on saanut tukeaan useilta organisaatioilta, mukaan lukien National Science Foundation, DARPA, WSU Foundation ja Palouse Club WSU:n Cougar Cage -ohjelman kautta. Tämän uraauurtavan työn ansiosta robotiikan tulevaisuus näyttää valoisalta, täynnä lupaavia uusia läpimurtoja.