صفات آکروباتیک قابل توجه حشرات به آنها کمک می کند تا در جهان هوایی ، با همه وزش باد ، موانع و عدم اطمینان عمومی حرکت کنند. ساخت چنین ویژگی هایی در ربات های پرنده نیز دشوار است - اما استادیار MIT کوین یوفنگ چن سیستمی ساخته است که به چابکی حشرات نزدیک می شود.
این فناوری می تواند رپرتوار ربات های هوایی را افزایش دهد ، به آنها اجازه می دهد در فضاهای تنگ کار کنند و در برابر برخورد مقاومت کنند.
اگر تا به حال یک پشه را از صورت خود دور کرده اید ، فقط برای بازگشت دوباره آن (و دوباره و دوباره) ، می دانید که حشرات می توانند به طور قابل توجهی در حین پرواز آکروباتیک و مقاوم باشند. این صفات به آنها کمک می کند تا در جهان هوایی ، با همه وزش باد ، موانع و عدم اطمینان عمومی حرکت کنند. ساخت چنین صفاتی در ربات های پرنده نیز دشوار است ، اما استادیار MIT کوین یوفنگ چن سیستمی ساخته است که به چابکی حشرات نزدیک می شود.
چن ، یکی از اعضای گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر و آزمایشگاه تحقیقات الکترونیک ، هواپیماهای بدون سرنشین به اندازه حشرات با مهارت و انعطاف پذیری بی سابقه تولید کرده است. این ربات های هوایی با کلاس جدیدی از محرک نرم کار می کنند ، که به آنها امکان می دهد در برابر مشکلات فیزیکی پرواز در دنیای واقعی مقاومت کنند. چن امیدوار است که روبات ها بتوانند روزی با گرده افشانی محصولات یا بازرسی ماشین آلات در فضاهای تنگ به انسان کمک کنند.
کارهای چن این ماه در مجله IEEE Transactions on Robotics منتشر می شود. از جمله نویسندگان وی می توان به دانشجوی دکتری MIT ، ژیجیان رن ، دانشجوی دکتری دانشگاه هاروارد ، سیی ژو ، و روبوتیک دانشگاه سیتی هنگ کنگ ، پاکپونگ چیراتتانانون اشاره کرد.
به طور معمول ، هواپیماهای بدون سرنشین به فضاهای باز گسترده ای احتیاج دارند زیرا آنها نه به اندازه کافی زیرک برای حرکت در فضاهای محدود هستند و نه به اندازه کافی مقاوم در برابر برخورد در برابر جمعیت. چن می گوید: "اگر امروز به بیشتر هواپیماهای بدون سرنشین نگاه کنیم ، آنها معمولاً بسیار بزرگ هستند." "بیشتر برنامه های آنها پرواز در فضای باز است. س isال این است: آیا می توانید ربات هایی در مقیاس حشرات ایجاد کنید که بتوانند در فضاهای بسیار پیچیده و به هم ریخته حرکت کنند؟ "
به گفته چن ، "چالش ساخت ربات های کوچک هوایی بسیار زیاد است." هواپیماهای بدون سرنشین در اندازه پینت به ساختاری کاملاً متفاوت با هواپیماهای بزرگتر احتیاج دارند. هواپیماهای بدون سرنشین بزرگ معمولاً توسط موتور تغذیه می شوند ، اما موتورها با کوچک شدن کارایی خود را از دست می دهند. چن می گوید ، برای ربات های حشره مانند "شما باید به دنبال گزینه های دیگری باشید."
گزینه اصلی تاکنون استفاده از محرک کوچک و محکم ساخته شده از مواد سرامیکی پیزوالکتریک بوده است. در حالی که سرامیک های پیزوالکتریک به نسل اول ربات های کوچک اجازه پرواز می دهند ، آنها بسیار شکننده هستند. و این مشکلی است وقتی شما در حال ساخت یک ربات برای تقلید از یک حشره هستید - زنبورهای متحرک غذایی در هر ثانیه یکبار برخورد می کنند.
چن با استفاده از محرک های نرم به جای موتورهای سخت و شکننده ، یک هواپیمای بدون سرنشین کوچک و مقاوم تر طراحی کرد. محرک های نرم از سیلندرهای لاستیکی نازک ساخته شده اند که در نانولوله های کربنی پوشانده شده اند. هنگامی که ولتاژ به نانولوله های کربنی وارد می شود ، آنها یک نیروی الکترواستاتیک تولید می کنند که استوانه لاستیک را فشرده و طولانی می کند. کشیدگی و انقباض مکرر باعث ضرب و شتم بالهای هواپیمای بدون سرنشین می شود - سریع.
محرک های چن می توانند در هر ثانیه تقریباً 500 بار فلپ بزنند و به هواپیمای بدون سرنشین انعطاف پذیری بالایی می دهند. چن می گوید: "می توانید هنگام پرواز به آن ضربه بزنید و می تواند بهبود یابد." "همچنین می تواند مانورهای تهاجمی مانند سولارو در هوا را انجام دهد." و وزن آن تقریباً 0.6 گرم است ، تقریباً جرمی یک زنبور عسل بزرگ. هواپیمای بدون سرنشین کمی شبیه نوار کاست کوچک و دارای بال است ، اگرچه چن روی نمونه اولیه جدیدی شبیه به سنجاقک کار می کند.
فارل هلبلینگ ، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه کورنل ، که در این تحقیق نقش نداشت ، می گوید: "دستیابی به پرواز با یک ربات در مقیاس سانتی متر همیشه یک شاهکار چشمگیر است." "به دلیل سازگاری ذاتی محرک های نرم ، ربات می تواند با خیال راحت به موانعی برسد بدون اینکه پرواز بسیار مهار شود. این ویژگی برای پرواز در محیط های نامرتب و پویا مناسب است و می تواند برای هر تعداد برنامه کاربردی در دنیای واقعی بسیار مفید باشد. "
هلبلینگ اضافه می کند که یک گام اساسی برای دستیابی به آن برنامه ها عدم اتصال ربات ها از یک منبع تغذیه سیمی است ، که در حال حاضر توسط ولتاژ عملکرد بالا محرک ها مورد نیاز است. "من هیجان زده هستم که می بینم چگونه نویسندگان ولتاژ عملکرد را کاهش می دهند تا روزی بتوانند در محیط های واقعی به پرواز غیرمجاز برسند."
ساخت ربات هایی مانند حشرات می تواند دریچه ای را به سمت زیست شناسی و فیزیک پرواز حشرات فراهم کند ، راهی طولانی برای تحقیق محققان. کارهای چن از طریق نوعی مهندسی معکوس به این سالات می پردازد. او می گوید: "اگر می خواهید چگونگی پرواز حشرات را بیاموزید ، ساختن مدل ربات مقیاسی بسیار آموزنده است." "شما می توانید چند مورد را به هم بزنید و ببینید که چگونه بر روی سینماتیک تأثیر می گذارد یا اینکه چگونه نیروهای سیال تغییر می کنند. این به شما کمک می کند دریابید که چگونه آن چیزها پرواز می کنند. " اما چن قصد دارد بیشتر از افزودن به کتابهای درسی حشره شناسی کار کند. هواپیماهای بدون سرنشین وی همچنین می توانند در صنعت و کشاورزی مفید باشند.
چن می گوید مینی هواسازان وی می توانند برای اطمینان از ایمنی و عملکرد در ماشین آلات پیچیده حرکت کنند. "در مورد بازرسی از یک موتور توربین فکر کنید. شما می خواهید یک هواپیمای بدون سرنشین با یک دوربین کوچک در اطراف [یک فضای بسته] حرکت کند تا ترک های صفحه توربین را بررسی کند. "
سایر کاربردهای بالقوه شامل گرده افشانی مصنوعی محصولات زراعی یا انجام ماموریت های جستجو و نجات پس از یک فاجعه است. چن می گوید: "همه این موارد برای روبات های مقیاس بزرگ موجود بسیار چالش برانگیز است." بعضی اوقات ، بزرگتر بهتر نیست!
