Robotbin: Forskare utvecklar en robot som kan flyga i alla riktningar

I en världsunik prestation har forskare vid Washington State University (WSU) designat ett robotbi, kallad Bee++, som kan flyga stabilt i alla riktningar, inklusive den invecklade vridningsrörelsen runt den vertikala axeln som kallas yaw. Detta fascinerande genombrott inom robotikområdet, möjliggjord av en kombination av innovativ design och komplexa kontrollalgoritmer, har en mängd potentiella tillämpningar, från artificiell pollinering till miljöövervakning och sök- och räddningsinsatser.

Bee++-prototypen, konstruerad med fyra kolfiber- och mylarvingar och fyra lätta aktuatorer, var och en som kontrollerar en vinge, representerar ett betydande framsteg inom robotik. Det är den första i sitt slag som uppnår de sex graderna av fri rörelse som observeras hos flygande insekter. Teamet, lett av Néstor O. Pérez-Arancibia, Flaherty-docent (associate professor) vid WSU:s skola för mekanisk och materialteknik, publicerade sin forskning i IEEE Transactions on Robotics och presenterade sina resultat vid IEEE:s internationella konferens om robotik och automation.

“Forskare har försökt utveckla artificiella flygande insekter i över 30 år”, sa Pérez-Arancibia. Skapandet av dessa små robotar kräver inte bara en unik design utan också utvecklingen av avancerade kontrollsystem som imiterar funktionen hos en insekts hjärna. “Det är en kombination av robotdesign och kontroll”, tillade han, och betonade vikten av att skapa en “artificiell hjärna” för dessa små robotar.

Övervinnande av flera begränsningar

WSU-teamets första skapelse var en tvåvingat robotbi. Den var dock begränsad i sina rörelser. För att övervinna denna begränsning byggde Pérez-Arancibia och hans doktorander en fyrvingad robot som var tillräckligt lätt för att lyfta 2019. Roboten kunde utföra komplexa manövrar, pitcha och rulla, genom att fladdra med vingarna i varierande mönster.

Införandet av yaw-kontroll presenterade dock en betydande utmaning. “Om du inte kan kontrollera yaw är du mycket begränsad”, sa Pérez-Arancibia, och förklarade att utan det spinner robotarna utom kontroll, förlorar fokus och kraschar. Han betonade att alla rörelsegrader är kritiskt viktiga för undvikande manövrar eller spårning av föremål.

Med inspiration från insekter introducerade teamet en design där vingarna fladdrar i ett vinklat plan. De ökade också vingslagsfrekvensen från 100 till 160 gånger per sekund. “En del av lösningen var den fysiska designen av roboten, och vi uppfann också en ny design för kontrollen – hjärnan som berättar för roboten vad den ska göra”, tillade han.

Med en vikt på 95 mg och en vingspann på 33 millimeter är Bee++ större än riktiga bin och kan för närvarande bara flyga autonomt i cirka fem minuter åt gången. Men dessa begränsningar har inte dämpat teamets anda. De arbetar med att utveckla andra typer av insektsrobotar, inklusive krypare och skräddare.

Utvecklingen av Bee++, en manifestation av värdet av biomimetik och innovation, har stötts av olika organisationer, inklusive National Science Foundation, DARPA, WSU Foundation och Palouse Club genom WSU:s Cougar Cage-program. Med detta banbrytande arbete ser robotikens framtid ljus ut, full av löften om ännu fler banbrytande utvecklingar.