Robotiserte bier: Forskere utvikler fullstendig omnidireksjonalt flygende robot

I en verdenspremiere har forskere ved Washington State University (WSU) designet en robotbi, kalt Bee++, som kan fly stabilt i alle retninger, inkludert den intrikate twistbevegelsen kjent som yaw. Dette fascinerende gjennombruddet i robotikkfeltet, muliggjort av en kombinasjon av innovativ design og komplekse kontrollalgoritmer, har en rekke potensielle anvendelser, fra kunstig pollinering til miljøovervåking og redningsinnsats.

Bee++-prototypen, konstruert med fire karbonfiber- og mylarvinger og fire lette aktuatorer, hver kontrollerer en vinge, representerer en betydelig fremgang i robotikk. Det er den første av sitt slag som har klart de seks gradene av fri bevegelse observert i flygende insekter. Teamet ledet av Néstor O. Pérez-Arancibia, Flaherty-associate professor i WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering, publiserte sin forskning i IEEE Transactions on Robotics og presenterte sine funn ved IEEE International Conference on Robotics and Automation.

“Forskere har forsøkt å utvikle kunstige flygende insekter i over 30 år,” sa Pérez-Arancibia. Skapelsen av disse små robotene krever ikke bare en unik design, men også utviklingen av avanserte kontrollere som mimikerer funksjonen til et insekt-hjernen. “Det er en blanding av robotdesign og kontroll,” la han til, og understreket viktigheten av å skape en ‘kunstig hjjerne’ for disse små robotene.

Overvinning av flere begrensninger

WSU-teamets første skapelse var en to-vinged robotbi. Imidlertid var den begrenset i sine bevegelser. For å overvinne denne begrensningen bygde Pérez-Arancibia og hans PhD-studenter en fire-vinged robot som var lett nok til å ta av i 2019. Roboten kunne utføre komplekse manøvrer, pitching og rolling, ved å flappe vingene i varierende mønster.

Inkluderingen av yaw-kontroll presenterte imidlertid en betydelig utfordring. “Hvis du ikke kan kontrollere yaw, er du veldig begrenset,” sa Pérez-Arancibia, og forklarte at uten det spinner robotene ut av kontroll, mister fokus og krasjer. Han understreket at alle grader av bevegelse er kritisk viktig for unngående manøvrer eller sporing av objekter.

Ved å ta inspirasjon fra insekter, introduserte teamet en design hvor vingene flappes i en vinklet plane. De økte også vingefrekvensen fra 100 til 160 ganger per sekund. “En del av løsningen var den fysiske designen av roboten, og vi oppfant også en ny design for kontrolleren — hjernen som forteller roboten hva den skal gjøre,” la han til.

Med en vekt på 95 mg og en vingespenn på 33 millimeter er Bee++ større enn ekte bier og kan for øyeblikket bare fly autonomt i omtrent fem minutter av gangen. Men disse begrensningene har ikke dempet teamets ånd. De arbeider med å utvikle andre typer insekt-roboter, inkludert krypere og vannstrider.

Utviklingen av Bee++, en inkarnasjon av verdien av biomimikri og innovasjon, har blitt støttet av flere organisasjoner, inkludert National Science Foundation, DARPA, WSU Foundation og Palouse Club gjennom WSU’s Cougar Cage-program. Med dette banebrytende arbeidet ser fremtiden for robotikk lys ut, full av løfter om enda flere banebrytende utviklinger.