Nyutvecklade insektsstora drönare tåliga mot kollisioner

Efter många tidigare försök inom området har forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) lyckats med att implementera insekters smidighet i pyttesmå flygrobotar. Som med många exempel på robotteknik, såg teamet till naturen för inspiration. Insekter är extremt akrobatska och tåliga mot kollisioner under flygning, och de kan effektivt navigera i förändrade förhållanden som vindstötar och hinder.

Professor Kevin Yufeng Chen är den som byggde systemet. Han är medlem i avdelningen för elektroteknik och datavetenskap och forskningslaboratoriet för elektronik.

Forskningen publicerades i tidskriften IEEE Transactions on Robotics. Medförfattare inkluderade Zhiijian, MIT-doktorand; Siyi Xu, Harvard University-doktorand; och Pakpong Chiraattananon, robotikforskare vid City University of Hong Kong.

Luftburna robotar drivna av mjuk aktuator

De luftburna robotarna förlitar sig på en ny klass av mjuka aktuatorer som möjliggör för dem att övervinna olika fysiska utmaningar i riktiga flygningar. Enligt Chen kan robotarna till slut användas av människor för att pollinera grödor eller inspektera maskiner i små utrymmen.

Nuvarande drönare kräver öppna utrymmen på grund av deras oförmåga att operera i slutna utrymmen, till stor del på grund av att de inte kan hantera kollisioner.

“Om vi tittar på de flesta drönare idag, är de vanligtvis ganska stora”, säger Chen. “De flesta av deras tillämpningar involverar flygning utomhus. Frågan är: Kan du skapa insektsstora robotar som kan röra sig i mycket komplexa, kladdiga utrymmen?”

Enligt Chen, “Utmaningen att bygga små luftburna robotar är enorm.”

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

Alternativ till skalade ner-motorer

En av de största begränsningarna för större drönare är att de kräver motorer som förlorar effektivitet när de skalas ner, vilket är varför Chen säger att det behövs alternativ.

Det huvudsakliga alternativet hittills har varit en liten och stel aktuator tillverkad av piezoelektriska keramiska material. Dessa material var ansvariga för den första generationen av pyttesmå, flygande robotar. Men de är ömtåliga, vilket gör det svårt för robotarna att uthärda kollisioner.

Chen förlitade sig på mjuka aktuatorer för att utveckla en mer tillförlitlig liten robot, och till skillnad från hårda aktuatorer består de av tunna gummi-cylindrar belagda med kol-nanorör. Genom processen med upprepad förlängning och sammandragning orsakad av producerade elektrostatiska krafter, kan drönarens vingar slå snabbt.

De nya aktuatorerna kan flaxa 500 gånger per sekund, liknande en insekt.

“Du kan slå till den när den flyger, och den kan återhämta sig”, säger Chen. “Den kan också utföra aggressiva manövrar som volt i luften.”

Den insektsliknande drönaren väger endast 0,6 gram, vilket är nästan lika med massan av en stor humla.

“Om du vill lära dig hur insekter flyger, är det mycket instruktivt att bygga en skala-robotmodell”, säger Chen. “Du kan störa ett par saker och se hur det påverkar kinematiken eller hur fluidkrafterna förändras. Det kommer att hjälpa dig att förstå hur de flyger.”

Chen hoppas att robotarna kan användas inom olika branscher, såsom jordbruk, och potentiella tillämpningar inkluderar gröda-hantering och sök- och räddningsuppdrag.

“Alla dessa saker kan vara mycket utmanande för befintliga storskaliga robotar”, säger Chen.