Api robotiche: i ricercatori sviluppano un robot volante completamente omnidirezionale

Per la prima volta al mondo, i ricercatori della Washington State University (WSU) hanno progettato un'ape robotica, chiamata Bee++, in grado di volare in modo stabile in tutte le direzioni, incluso l'intricato movimento di torsione noto come imbardata. Questa affascinante svolta nel campo della robotica, resa possibile dalla confluenza di design innovativo e complessi algoritmi di controllo, ha una moltitudine di potenziali applicazioni che vanno dall'impollinazione artificiale al monitoraggio ambientale e alle attività di ricerca e soccorso.

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 significativo 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 di Flaherty presso la Facoltà di Ingegneria Meccanica e dei Materiali della WSU, ha pubblicato la sua ricerca su Transazioni IEEE sulla robotica e hanno presentato i loro risultati alla conferenza internazionale IEEE sulla robotica e l'automazione.

"I ricercatori cercano di sviluppare insetti volanti artificiali da oltre 30 anni", ha affermato Pérez-Arancibia. La creazione di questi minuscoli robot richiede non solo un design unico, ma anche lo sviluppo di sistemi di controllo avanzati che imitino il funzionamento del cervello di un insetto. "Si tratta di un mix di progettazione robotica e controllo", ha aggiunto, sottolineando l'importanza di creare un "cervello artificiale" per questi minuscoli robot.

Superare diversi limiti

La prima creazione del team della WSU è stata un'ape robotica a due ali. Tuttavia, i suoi movimenti erano limitati. Per superare questa limitazione, Pérez-Arancibia e i suoi dottorandi hanno costruito un robot a quattro ali, sufficientemente leggero da poter decollare nel 2019. Il robot poteva eseguire manovre complesse, come beccheggio e rollio, sbattendo le ali secondo schemi diversi.

L'integrazione del controllo dell'imbardata, tuttavia, ha rappresentato una sfida significativa. "Se non riesci a controllare l'imbardata, sei estremamente limitato", ha affermato Pérez-Arancibia, spiegando che senza di esso, i robot perdono il controllo, perdono la concentrazione e si schiantano. Ha sottolineato che tutti i gradi di movimento sono di fondamentale importanza per le manovre evasive o il tracciamento di oggetti.

Ispirandosi agli insetti, il team ha introdotto un design in cui le ali sbattono su un piano inclinato. Hanno anche aumentato la frequenza del battito delle ali da 100 a 160 volte al secondo. "Parte della soluzione è stata la progettazione fisica del robot, e abbiamo anche inventato un nuovo design per il controller: il cervello che dice al robot cosa fare", ha aggiunto.

Con un peso di 95 mg e un'apertura alare di 33 millimetri, il Bee++ è più grande delle api vere e attualmente è in grado di volare autonomamente solo per circa cinque minuti alla volta. Ma queste limitazioni non hanno smorzato l'entusiasmo del team, che sta lavorando allo sviluppo di altri tipi di robot insetto, tra cui crawler e water strider.

Lo sviluppo di Bee++, incarnazione del valore della biomimetica e dell'innovazione, è stato supportato da diverse organizzazioni, tra cui la National Science Foundation, la DARPA, la WSU Foundation e il Palouse Club attraverso il programma Cougar Cage della WSU. Grazie a questo lavoro pionieristico, il futuro della robotica appare luminoso, ricco di promesse di sviluppi ancora più rivoluzionari.