Если вы когда-либо отталкивали комара от своего лица, только чтобы он возвращался снова (и снова и снова), вы знаете, что насекомые могут быть удивительно акробатичными и устойчивыми в полете. Эти качества помогают им ориентироваться в воздушном мире со всеми его порывами ветра, препятствиями и общей неопределенностью. Такие черты также трудно встроить в летающих роботов, но доцент Массачусетского технологического института Кевин Юфенг Чен построил систему, которая приближается к ловкости насекомых.
Чен, сотрудник отдела электротехники и информатики и исследовательской лаборатории электроники, разработал беспилотные летательные аппараты размером с насекомых, обладающие беспрецедентной ловкостью и устойчивостью. Воздушные роботы оснащены мягким приводом нового класса, который позволяет им выдерживать физические нагрузки реального полета. Чен надеется, что однажды роботы смогут помочь людям, опыляя посевы или проводя осмотр оборудования в тесноте.
Работа Чена появится в этом месяце в журнале IEEE Transactions on Robotics. Его соавторами являются аспирант Массачусетского технологического института Чжицзян Рен, аспирант Гарвардского университета Сийи Сюй и робототехник из городского университета Гонконга Пакпонг Чирараттананон.
Как правило, дронам требуются широкие открытые пространства, потому что они недостаточно маневренны, чтобы перемещаться в ограниченном пространстве, и недостаточно прочны, чтобы выдерживать столкновения в толпе.
По словам Чена, задача создания небольших воздушных роботов огромна. Дроны размером с кружку требуют принципиально иной конструкции, чем более крупные. Большие дроны обычно приводятся в движение двигателями, но двигатели теряют эффективность, когда вы их уменьшаете.
Основной альтернативой до сих пор было использование небольшого жесткого привода, построенного из пьезоэлектрических керамических материалов. Хотя пьезоэлектрическая керамика позволила первому поколению крошечных роботов взлететь , они довольно хрупкие. И это проблема, когда вы создаете робота, имитирующего насекомое — шмели, собирающие пищу, терпят столкновение примерно раз в секунду.
Чен разработал более прочный крошечный дрон, в котором использовались мягкие приводы вместо жестких и хрупких. Мягкие актуаторы состоят из тонких резиновых цилиндров, покрытых углеродными нанотрубками. Когда к углеродным нанотрубкам прикладывается напряжение, они создают электростатическую силу, которая сжимает и удлиняет резиновый цилиндр. Повторяющееся удлинение и сжатие заставляет крылья дрона биться быстро. Приводы Чена могут хлопать почти 500 раз в секунду, придавая дрону устойчивость к внешним воздействиям.
Вы можете попасть в него, когда он летит, и он может восстановиться», — говорит Чен. «Он также может выполнять агрессивные маневры, такие как сальто в воздухе.
Дрон весит всего 0,6 грамма, что примерно равно массе большого шмеля. Дрон немного похож на крошечную кассету с крыльями, хотя Чен работает над новым прототипом в форме стрекозы.
Создание роботов, похожих на насекомых, может открыть окно в биологию и физику полета насекомых, что является давним направлением исследований для исследователей. Работа Чена решает эти вопросы с помощью своего рода обратной инженерии.
Автор говорит, что его мини-авиалайнеры могут управлять сложными механизмами, обеспечивая безопасность и функциональность. Подумайте об осмотре газотурбинного двигателя. Вы бы хотели, чтобы дрон перемещался по замкнутому пространству с небольшой камерой, чтобы проверять наличие трещин на пластинах турбины.
Другие потенциальные применения включают искусственное опыление сельскохозяйственных культур или выполнение поисково-спасательных операций после стихийного бедствия.
