Robotic Bees: Onderzoekers Ontwikkelen Volledig Omnidirectioneel Vliegrobot

In een wereldprimeur hebben onderzoekers aan de Washington State University (WSU) een robotbij ontworpen, genaamd Bee++, die in staat is tot stabiele vlucht in alle richtingen, inclusief de ingewikkelde draaibeweging die bekend staat als yaw. Deze fascinerende doorbraak op het gebied van robotica, mogelijk gemaakt door een combinatie van innovatief ontwerp en complexe besturingsalgoritmen, heeft een groot aantal potentiële toepassingen, variërend van kunstmatige bestuiving tot milieumonitoring en reddingsoperaties.

Het Bee++-prototype, gebouwd met vier koolstofvezel- en mylarvleugels en vier lichte actuatoren, elk controleert een vleugel, vertegenwoordigt een significante vooruitgang in de robotica. Het is het eerste van zijn soort dat de zes graden van vrijheid van beweging bereikt die worden waargenomen bij vliegende insecten. Het team, geleid door Néstor O. Pérez-Arancibia, Flaherty-hoogleraar in de School of Mechanical and Materials Engineering van WSU, publiceerde hun onderzoek in de IEEE Transactions on Robotics en presenteerde hun bevindingen op de IEEE International Conference on Robotics and Automation.

“Onderzoekers proberen al meer dan 30 jaar kunstmatige vliegende insecten te ontwikkelen,” zei Pérez-Arancibia. De creatie van deze kleine robots vereist niet alleen een uniek ontwerp, maar ook de ontwikkeling van geavanceerde controllers die het functioneren van een insectenbrein nabootsen. “Het is een combinatie van robotontwerp en besturing,” voegde hij eraan toe, waarbij hij de belangrijkheid benadrukte van het creëren van een ‘kunstmatig brein’ voor deze kleine robots.

Meerdere Beperkingen Overwinnen

Het eerste creatie van het WSU-team was een tweevleugelige robotbij. Echter, deze was beperkt in zijn bewegingen. Om deze beperking te overwinnen, bouwden Pérez-Arancibia en zijn PhD-studenten een viervingerige robot die licht genoeg was om op te stijgen in 2019. De robot kon complexe manoeuvres uitvoeren, zoals pitching en rolling, door zijn vleugels in verschillende patronen te laten flappen.

De incorporatie van yaw-besturing leverde echter een significante uitdaging op. “Als je yaw niet kunt besturen, ben je super beperkt,” zei Pérez-Arancibia, waarbij hij uitlegde dat zonder yaw-besturing robots uit de controle raken, hun focus verliezen en crashen. Hij benadrukte dat alle graden van beweging kritisch belangrijk zijn voor ontwijkmanoeuvres of het volgen van objecten.

Door inspiratie te putten uit insecten, introduceerde het team een ontwerp waarbij de vleugels in een gehoekte vlak flappen. Ze verhoogden ook de vleugelslagfrequentie van 100 tot 160 keer per seconde. “Een deel van de oplossing was het fysieke ontwerp van de robot, en we hebben ook een nieuw ontwerp voor de controller uitgevonden — het brein dat de robot vertelt wat hij moet doen,” voegde hij eraan toe.

Met een gewicht van 95 mg en een spanwijdte van 33 millimeter is de Bee++ groter dan echte bijen en kan hij momenteel alleen maar autonoom vliegen voor ongeveer vijf minuten per keer. Maar deze beperkingen hebben de teamgeest niet gedempt. Ze werken aan de ontwikkeling van andere soorten insectenrobots, waaronder kruipers en waterlopers.

De ontwikkeling van Bee++, een belichaming van de waarde van biomimicry en innovatie, is ondersteund door verschillende organisaties, waaronder de National Science Foundation, DARPA, de WSU Foundation en de Palouse Club via het Cougar Cage-programma van WSU. Met deze baanbrekende werk lijkt de toekomst van de robotica helder, vol van de belofte van nog meer baanbrekende ontwikkelingen.