Nieuw ontwikkelde insectgrote drones bestand tegen botsingen

Na vele eerdere pogingen op dit gebied zijn onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) erin geslaagd om insectenbehendigheid te implementeren in tiny-sized vliegrobots. Net als bij veel voorbeelden van robottechnologie keek het team naar de natuur voor inspiratie. Insecten zijn extreem acrobatisch en bestand tegen botsingen in de lucht, en ze kunnen efficiënt navigeren in veranderende omstandigheden zoals windstoten en obstakels.

Professor Kevin Yufeng Chen is de persoon die het systeem heeft gebouwd. Hij is lid van de afdeling Elektrotechniek en Informatica en het Research Laboratory of Electronics.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift IEEE Transactions on Robotics. Medeauteurs waren Zhiijian, MIT-promovendus; Siyi Xu, Harvard University-promovendus; en Pakpong Chiraattananon, roboticus van de City University of Hong Kong.

Luchtrobots aangedreven door zachte actuator

De luchtrobots zijn afhankelijk van een nieuwe klasse zachte actuators die hen in staat stellen om verschillende fysieke uitdagingen in de echte wereld te overwinnen. Volgens Chen kunnen de robots uiteindelijk door mensen worden gebruikt om gewassen te bestuiven of machines in kleine ruimtes te inspecteren.

Huidige drones vereisen open ruimtes vanwege hun onvermogen om in beperkte ruimtes te opereren, grotendeels vanwege het feit dat ze geen botsingen kunnen verwerken.

“Als we naar de meeste drones van vandaag kijken, zijn ze meestal vrij groot,” zegt Chen. “De meeste toepassingen hebben betrekking op buiten vliegen. De vraag is: Kun je insect-grote robots maken die zich in zeer complexe, overvolle ruimtes kunnen bewegen?”

Volgens Chen is “de uitdaging van het bouwen van kleine luchtrobots enorm.”

https://www.youtube.com/watch?v=50_kK9phHy8

Alternatieven voor geschaalde motoren

Een van de belangrijkste beperkingen van grotere drones is dat ze motoren vereisen die minder efficiënt worden als ze worden geschaald, waardoor Chen zegt dat er alternatieven nodig zijn.

Het belangrijkste alternatief tot nu toe is een kleine en rigide actuator gemaakt van piezoelektrische keramische materialen. Deze materialen waren verantwoordelijk voor de eerste generatie van kleine, vliegende robots. Echter, ze zijn broos, waardoor het moeilijk is voor de robots om botsingen te doorstaan.

Chen vertrouwde op zachte actuators om een meer betrouwbare kleine robot te ontwikkelen, en in tegenstelling tot harde, bestaan ze uit dunne rubbercilinders bedekt met koolstofnanobuizen. Door het proces van herhaalde verlenging en contractie veroorzaakt door geproduceerde electrostatische krachten, kunnen de vleugels van de drone snel slaan.

De nieuwe actuators kunnen 500 keer per seconde fladderen, net als een insect.

“Je kunt ertegenaan slaan als het vliegt, en het kan herstellen,” zegt Chen. “Het kan ook agressieve manoeuvres uitvoeren zoals salto’s in de lucht.”

De insect-achtige drone weegt slechts 0,6 gram, wat bijna gelijk is aan de massa van een grote hommel.

“Als je wilt leren hoe insecten vliegen, is het zeer instructief om een schaalmodel van een robot te bouwen,” zegt Chen. “Je kunt een paar dingen verstoren en zien hoe het de kinematica of de vloeistofkrachten beïnvloedt. Dat zal je helpen begrijpen hoe die dingen vliegen.”

Chen hoopt dat de robots kunnen worden gebruikt in verschillende industrieën, zoals landbouw, en potentiële toepassingen omvatten gewasbeheer en zoek- en reddingsmissies.

“Al die dingen kunnen zeer uitdagend zijn voor bestaande grote robots,” zegt Chen.