Гарвардский робот-пчела уже давно доказал, что может летать, нырять и зависать в воздухе, как настоящее насекомое. Но что толку в чудесном полёте без безопасного способа приземлиться? Легендарное инженерное достижение Гарвардской лаборатории микроробототехники — RoboBee — теперь оснащено самым надёжным на сегодняшний день посадочным механизмом, вдохновлённым одним из самых изящных природных посадочных механизмов — жуком-оленем. Публикуясь в Science Robotics, команда под руководством Роберта Вуда, Гарри Льюиса и Марлин МаКграт, профессоров инженерии и прикладных наук в Школе инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS), оснастила своего летающего робота набором длинных суставчатых ног, которые помогают облегчить его переход с воздуха на землю.
Робот также получил обновлённый контроллер, который помогает ему замедляться при приближении к поверхности, что позволяет плавно приземляться. Эти усовершенствования защищают хрупкие пьезоэлектрические приводы робота — "мышцы" с высокой плотностью энергии, которые используются для полёта и легко повреждаются под воздействием внешних сил при жёсткой посадке и столкновениях. Посадка RoboBee была проблематичной отчасти из-за того, насколько он мал и лёгок — его вес составляет всего десятую долю грамма, а размах крыльев — 3 сантиметра. Предыдущие версии страдали от значительного эффекта земли или нестабильности из-за воздушных вихрей, создаваемых хлопающими крыльями, — подобно сильным ветрам, направленным на землю и создаваемым пропеллерами вертолётов.
Раньше, если нам нужно было совершить посадку, мы выключали машину чуть выше земли и просто бросали её, надеясь, что она приземлится вертикально и безопасно.
соавтор исследования Кристиан Чан, аспирант, который руководил механической модернизацией робота
В научной статье описывается усовершенствование контроллера, или "мозга", робота, чтобы он мог адаптироваться к воздействию земли при приближении к ней. Эту работу возглавил соавтор и бывший научный сотрудник Нак-Сун и действующий доцент Университета Пердью Патрик Хён. Хён провёл контролируемые испытания посадки на лист, а также на твёрдые поверхности добавил, что успешная посадка любого летательного аппарата зависит от минимизации скорости при приближении к поверхности перед столкновением и быстрого рассеивания энергии после столкновения",
Даже с учётом крошечных крылышек RoboBee, при полёте близко к поверхности нельзя пренебрегать эффектом земли, и после столкновения ситуация может ухудшиться, поскольку он подпрыгивает и кувыркается.
Патрик Хён, доцент Университета Пердью
Лаборатория обратилась к природе за вдохновением, чтобы создать механические усовершенствования для умелого полёта и грациозной посадки на различных поверхностях. Они выбрали жужжалку — относительно медлительное и безобидное насекомое, которое появляется с весны до осени и которое часто принимают за гигантского комара. Чан подчеркнул, что размах крыльев нашей платформы и размер тела были примерно такими же, как у жуков-навозников. Ученые обратили внимание на длинные членистые конечности жуков-жужелиц, которые, скорее всего, позволяют насекомым смягчать приземление. Жуки-жужелицы также отличаются короткими полётами — большую часть своей короткой взрослой жизни (от нескольких дней до пары недель) они проводят, приземляясь и взлетая.
Изучив образцы из базы данных Гарвардского музея сравнительной зоологии, команда создала прототипы различных конструкций ног, остановившись на вариантах, похожих на сегментированные ноги жука-плавунца и расположение его суставов. Лаборатория использовала методы производства, впервые применённые в Гарвардской лаборатории микроробототехники, для адаптации жёсткости и демпфирования каждого сустава. Постдокторант и соавтор исследования Алисса Эрнандес привнесла в проект свой опыт в области биологии. Она получила докторскую степень на факультете органической и эволюционной биологии Гарвардского университета, где изучала передвижение насекомых.
Поиск биоинспирации в удивительном разнообразии насекомых открывает перед нами бесчисленные возможности для дальнейшего совершенствования робота. В свою очередь, мы можем использовать эти роботизированные платформы в качестве инструментов для биологических исследований, проводя эксперименты, которые проверяют биомеханические гипотезы.
Алисса Эрнандес, постдокторант и соавтор исследования
В настоящее время RoboBee остаётся привязанным к внешним системам управления. Команда продолжит работать над масштабированием транспортного средства и внедрением бортовой электроники, чтобы обеспечить роботу автономность в плане датчиков, питания и управления — три составляющих, которые позволят платформе RoboBee по-настоящему взлететь.
Долгосрочная цель — полная автономность, но пока мы решаем проблемы, связанные с электрическими и механическими компонентами, с помощью привязанных устройствю Неудивительно, что страховочные тросы мешали нашим экспериментам, поэтому безопасная посадка — важный шаг на пути к отказу от этих тросов.
Роберт Вуд, соавтор исследования
Крошечный размер RoboBee и его способность летать, как у насекомых, открывают интригующие возможности для будущих применений, в том числе для мониторинга окружающей среды и наблюдения за стихийными бедствиями. Одним из любимых потенциальных применений Чана является искусственное опыление — представьте себе рои RoboBee, жужжащие вокруг вертикальных ферм и садов будущего.
Гигантский вирус обнаружен в Финляндии.
Фото и видео: Harvard Microrobotics Laboratory; YouTube / Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Обсуждение ( 0 ) Посмотреть все