Nyutviklede insekt-størrelse droner tåler kollisjoner

Etter mange tidligere forsøk på feltet, har forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) lykkes i å implementere insekt-agilitet i små flygende roboter. Som med mange eksempler på robotteknologi, så forskerne til naturen for inspirasjon. Insekter er ekstremt akrobatiske og tåler kollisjoner i flukt, og de kan effektivt navigere i endrede forhold som vindkast og hindringer.

Professor Kevin Yufeng Chen er den som bygde systemet. Han er medlem av avdelingen for elektroteknikk og datavitenskap og forskningslaboratoriet for elektronikk.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet IEEE Transactions on Robotics. Medforfattere inkluderte Zhiijian, MIT-phd-student; Siyi Xu, Harvard University-phd-student; og Pakpong Chiraattananon, City University of Hong Kong-robotforsker.

Luftroboter drevet av myk aktuator

Luftrobotene er avhengige av en ny klasse myke aktuatorer som gjør det mulig for dem å overvinne ulike fysiske utfordringer i sanntidsflukt. Ifølge Chen, kan robotene til slutt bli brukt av mennesker til å pollinere avlinger eller inspisere maskineri i små rom.

Dagens droner krever åpne rom på grunn av deres evne til å operere i begrensede rom, hovedsakelig på grunn av at de ikke kan håndtere kollisjoner.

“Hvis vi ser på de fleste dronene i dag, er de vanligvis ganske store,” sier Chen. “De fleste av deres applikasjoner involverer å fly utendørs. Spørsmålet er: Kan du skape insekt-størrelse roboter som kan bevege seg rundt i svært komplekse, klønete rom?”

Ifølge Chen, “Utfordringen med å bygge små luftroboter er enorm.”

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

Alternativer til skalert ned motorer

En av de største begrensningene ved større droner er at de krever motorer som mister effektivitet når de skaleres ned, hvilket er hvorfor Chen sier at det må finnes alternativer.

Hovedalternativet til nå har vært en liten og stiv aktuator laget av piezoelektriske keramiske materialer. Disse materialene var ansvarlige for den første generasjonen av små, flygende roboter. Imidlertid er de skjøre, noe som gjør det vanskelig for robotene å tåle kollisjoner.

Chen avhengig av myke aktuatorer for å utvikle en mer pålitelig liten robot, og i motsetning til harde aktuatorer, består de av tynne gummi-sylindere belagt med karbon-nanorør. Gjennom prosessen med gjentakende forlengelse og kontraksjon fremkalt av produserte elektrostatiske krefter, kan drone-vingene slå raskt.

De nye aktuatorer kan slå 500 ganger per sekund, likt en insekt.

“Du kan treffe det mens det flyr, og det kan gjenopprette seg,” sier Chen. “Det kan også utføre aggressive manøvrer som saltomortaler i luften.”

Insekt-lignende drone veier bare 0,6 gram, som er nesten like mye som en stor humlebi.

“Hvis du vil lære hvordan insekter flyr, er det veldig instruktivt å bygge en skalamodell av en robot,” sier Chen. “Du kan forstyrre noen ting og se hvordan det påvirker kinematikken eller hvordan fluidkreftene endrer seg. Det vil hjelpe deg å forstå hvordan disse tingene flyr.”

Chen håper at robotene kan brukes i ulike industrier, som landbruk, og potensielle applikasjoner inkluderer avlingsforvaltning og søk- og redningsoppdrag.

“Alt dette kan være svært utfordrende for eksisterende store skala roboter,” sier Chen.