Роботы-пчелы: исследователи разработали робота, способного летать во всех направлениях

В мире впервые исследователи из Университета штата Вашингтон (WSU) разработали робот-пчелу, названную Bee++, способную к стабильному полету во всех направлениях, включая сложное вращательное движение, известное как yaw. Этот впечатляющий прорыв в области робототехники, обусловленный сочетанием инновационного дизайна и сложных алгоритмов управления, имеет множество потенциальных применений, от искусственного опыления до мониторинга окружающей среды и поисково-спасательных работ.

Прототип Bee++, изготовленный из четырех крыльев из углеродного волокна и майлара и четырех легких исполнительных механизмов, каждый из которых управляет крылом, представляет собой значительный шаг вперед в робототехнике. Это первый робот своего рода, который смог добиться шести степеней свободы, наблюдаемых у летающих насекомых. Команда, возглавляемая Нестором О. Перес-Арансибия, доцентом на позиции Flaherty Associate Professor в Школе машиностроения и материаловедения WSU, опубликовала свои исследования в журнале IEEE Transactions on Robotics и представила свои результаты на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации.

“Исследователи пытались разработать искусственных летающих насекомых более 30 лет”, – сказал Перес-Арансибия. Создание этих крошечных роботов требует не только уникального дизайна, но и разработки передовых контроллеров, имитирующих функционирование насекомого мозга. “Это сочетание робототехнического дизайна и управления”, – добавил он, подчеркивая важность создания “искусственного мозга” для этих крошечных роботов.

Преодоление нескольких ограничений

Первое творение команды WSU было двухкрыльевым роботом-пчелой. Однако оно было ограничено в своих движениях. Чтобы преодолеть это ограничение, Перес-Арансибия и его аспиранты построили четырехкрыльевого робота, достаточно легкого, чтобы взлететь в 2019 году. Робот мог выполнять сложные маневры, изменяя тангаж и крен посредством различных схем взмахов крыльев.

Включение управления yaw представило значительную проблему. “Если вы не можете контролировать yaw, вы очень ограничены”, – сказал Перес-Арансибия, объясняя, что без него роботы неконтролируемо вращаются, теряют ориентацию и разбиваются. Он подчеркнул, что все степени свободы имеют решающее значение для маневров уклонения или отслеживания объектов.

Вдохновившись насекомыми, команда разработала дизайн, в котором крылья взмахивают в наклонной плоскости. Они также увеличили частоту взмахов крыльев с 100 до 160 раз в секунду. “Часть решения заключалась в физическом дизайне робота, и мы также изобрели новый дизайн контроллера – мозга, который говорит роботу, что делать”, – добавил он.

При весе 95 мг и размахе крыльев 33 мм Bee++ больше, чем настоящие пчелы, и в настоящее время способен только к автономному полету примерно пять минут за раз. Но эти ограничения не снизили дух команды. Они работают над разработкой других типов роботов-насекомых, включая ползущих и роботов-водомерок.

Разработка Bee++, воплощающая ценность биомимикрии и инноваций, была поддержана различными организациями, включая Национальный научный фонд, DARPA, фонд WSU и клуб Palouse через программу Cougar Cage WSU. С этой пионерской работой будущее робототехники выглядит ярким, полным обещаний еще более революционных разработок.