Api Robotiche: I Ricercatori Sviluppano un Robot Volante Omnidirezionale Completo

In un primo caso nel mondo, i ricercatori della Washington State University (WSU) hanno progettato un’ape robotica, chiamata Bee++, in grado di volare stabilmente in tutte le direzioni, compreso il movimento di torsione intricato noto come yaw. Questa affascinante scoperta nel campo della robotica, resa possibile da una congiunzione di design innovativo e algoritmi di controllo complessi, ha una moltitudine di potenziali applicazioni che vanno dalla pollinazione artificiale al monitoraggio ambientale e agli sforzi di ricerca e salvataggio.

Il prototipo Bee++, costruito con quattro ali in fibra di carbonio e mylar e quattro attuatori leggeri, ciascuno dei quali controlla un’ala, rappresenta un notevole progresso nella robotica. È il primo del suo genere a raggiungere i sei gradi di libertà di movimento osservati negli insetti volanti. Il team guidato da Néstor O. Pérez-Arancibia, professore associato Flaherty alla Scuola di Ingegneria Meccanica e dei Materiali della WSU, ha pubblicato la sua ricerca sulla rivista IEEE Transactions on Robotics e ha presentato i suoi risultati alla Conferenza internazionale IEEE su Robotica e Automazione.

“I ricercatori stanno cercando di sviluppare insetti volanti artificiali da più di 30 anni”, ha detto Pérez-Arancibia. La creazione di questi piccoli robot richiede non solo un design unico, ma anche lo sviluppo di controller avanzati che mimino il funzionamento di un cervello di insetto. “È una miscela di design robotico e controllo”, ha aggiunto, sottolineando l’importanza di creare un ‘cervello artificiale’ per questi piccoli robot.

Superare Diverse Limitazioni

La prima creazione del team della WSU è stata un’ape robotica con due ali. Tuttavia, era limitata nei suoi movimenti. Per superare questa limitazione, Pérez-Arancibia e i suoi studenti di dottorato hanno costruito un robot a quattro ali abbastanza leggero da decollare nel 2019. Il robot poteva eseguire manovre complesse, inclinando e rollando, sbattendo le ali in modelli vari.

L’introduzione del controllo yaw, tuttavia, ha presentato una sfida significativa. “Se non puoi controllare yaw, sei super limitato”, ha detto Pérez-Arancibia, spiegando che senza di esso, i robot girano fuori controllo, perdono la concentrazione e si schiantano. Ha sottolineato che tutti i gradi di movimento sono criticamente importanti per manovre evasive o per tracciare oggetti.

Trattando l’ispirazione dagli insetti, il team ha introdotto un design in cui le ali sbattono in un piano inclinato. Hanno anche aumentato la frequenza di sbattimento delle ali da 100 a 160 volte al secondo. “Parte della soluzione era il design fisico del robot e abbiamo anche inventato un nuovo design per il controller — il cervello che dice al robot cosa fare”, ha aggiunto.

A 95 mg con un’apertura alare di 33 millimetri, il Bee++ è più grande delle api reali e attualmente solo in grado di volare autonomamente per circa cinque minuti alla volta. Ma queste limitazioni non hanno diminuito lo spirito del team. Stanno lavorando per sviluppare altri tipi di robot insetti, tra cui striscianti e strider d’acqua.

Lo sviluppo del Bee++, un’espressione del valore della biomimetria e dell’innovazione, è stato supportato da varie organizzazioni, tra cui la National Science Foundation, DARPA, la Fondazione WSU e il Palouse Club attraverso il programma Cougar Cage della WSU. Con questo lavoro pionieristico, il futuro della robotica sembra luminoso, pieno di promesse di ulteriori sviluppi innovativi.