Pszczółki roboty: Naukowcy opracowali w pełni omnidirekcjonalnego robota latającego

W świecie pierwszy, naukowcy z Washington State University (WSU) zaprojektowali pszczołę robota, nazwaną Bee++, zdolną do stabilnego lotu we wszystkich kierunkach, w tym złożonego ruchu skrętnego znanego jako ruch yaw. Ten fascynujący przełom w dziedzinie robotyki, umożliwiony przez połączenie innowacyjnego projektu i złożonych algorytmów sterowania, ma wiele potencjalnych zastosowań, od sztucznej pollinacji do monitorowania środowiska i wysiłków poszukiwawczo-ratunkowych.

Prototyp Bee++, zbudowany z czterech skrzydeł z włókna węglowego i mylaru oraz czterech lekkich siłowników, każdy sterujący skrzydłem, reprezentuje znaczący postęp w robotyce. Jest to pierwszy tego typu, który osiągnął sześć stopni swobody ruchu obserwowanych u latających owadów. Zespół kierowany przez Néstora O. Péreza-Arancibię, Flaherty’ego associate profesora w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej WSU, opublikował swoje badania w IEEE Transactions on Robotics i przedstawił swoje wyniki na Międzynarodowej Konferencji IEEE poświęconej Robotyce i Automatyce.

“Naukowcy próbowali rozwijać sztuczne latające owady przez ponad 30 lat”, powiedział Pérez-Arancibia. Stworzenie tych małych robotów wymaga nie tylko unikalnego projektu, ale także opracowania zaawansowanych sterowników, które naśladują funkcjonowanie mózgu owada. “To połączenie projektowania robotów i sterowania”, dodał, podkreślając wagę stworzenia “sztucznego mózgu” dla tych małych robotów.

Pokonywanie kilku ograniczeń

Pierwsze dzieło zespołu WSU było dwuskrzydłową pszczołą robota. Było jednak ograniczone w swoich ruchach. Aby pokonać to ograniczenie, Pérez-Arancibia i jego studenci doktoranckie zbudowali czteroskrzydłowego robota, który był wystarczająco lekki, aby wzbić się w powietrze w 2019 roku. Robot mógł wykonywać złożone manewry, pitches i roll, machając skrzydłami w różnych wzorach.

Wprowadzenie sterowania yawem okazało się jednak znaczącym wyzwaniem. “Jeśli nie możesz kontrolować yaw, jesteś bardzo ograniczony”, powiedział Pérez-Arancibia, wyjaśniając, że bez niego roboty kręcą się niekontrolowanie, tracą focus i rozbijają się. Podkreślił, że wszystkie stopnie ruchu są krytycznie ważne dla unikania manewrów lub śledzenia obiektów.

Czerpiąc inspirację z owadów, zespół wprowadził projekt, w którym skrzydła machają w skośnej płaszczyźnie. Zwiększyli również częstotliwość machania skrzydeł z 100 do 160 razy na sekundę. “Część rozwiązania polegała na fizycznym projekcie robota, a my również wynaleźli nowy projekt sterownika – mózgu, który mówi robotowi, co ma robić”, dodał.

Przy masie 95 mg i rozpiętości skrzydeł 33 milimetrów, Bee++ jest większy niż prawdziwe pszczoły i obecnie może latać samodzielnie tylko przez około pięć minut na raz. Ale te ograniczenia nie zniechęciły zespołu. Pracują nad opracowaniem innych typów robotów owadów, w tym pełzających i wodnych.

Rozwój Bee++, uosabiający wartość biomimikrii i innowacji, został wsparty przez różne organizacje, w tym Narodowy Fundusz Nauki, DARPA, Fundację WSU i Klub Palouse przez program Cougar Cage WSU. Z tym pionierską pracą, przyszłość robotyki wygląda obiecująco, pełna obietnicy jeszcze bardziej przełomowych rozwojów.