Stel je voor dat kleine robotbijen zich zoemen rond velden van wilde bloemen, waardoor echte bijen hun cruciale bestuivende taken in de toekomst kunnen uitvoeren. Het is een visie waar het laboratorium van het microrobotica van Harvard al jaren aan werkt. De barrière? Tot voor kort was de enige landing die de Harvard Robobee had onder de knie een crashlanding.
Harvard -onderzoekers hebben nu hun kleine Robobee bewapend met vier lange, sierlijke landingslijsten geïnspireerd op kraanvliegpoten. (Crane Flies zijn die nachtmerrieachtige maar onschadelijke insecten die eruit zien als vliegende spinnen en mensen die vaak verkeerd identificeren als gigantische muggen). Zoals gedetailleerd in een studie die woensdag is gepubliceerd in het Journal Science Robotics, brengt een zachte landing Robobees een stap dichter bij praktische toepassingen die vandaag rechtstreeks uit een sci-fi-film lijken, zoals milieumonitoring, rampenbewaking, kunstmatige bestuiving of zelfs de manipulatie van delicate organismen.
“Eerder, als we naar een landing zouden gaan, zouden we het voertuig een beetje boven de grond uitschakelen en het gewoon laten vallen, en bidden dat het rechtop en veilig zal landen,”, een promovendus, een promovendus aan de School of Engineering and Applied Sciences van Harvard University en toegepaste wetenschappen en co-auteur van de studie, uitgelegd in een verklaring van Harvard.
Onder leiding van Robert Wood, hoogleraar engineering en toegepaste wetenschappen van Harvard, zochten Chan en zijn collega’s inspiratie voor een nieuw landingsontwerp in het Museum of Comparative Zoology -database van de universiteit. Ze kozen uiteindelijk voor de morfologie van de Crane Fly, het uitrusten van de Robobee met vier lange, verbonden benen voor een zachtere landing. De update omvatte ook een verbeterde controller (het brein van de robot) om de landingsbenadering van de kleine robot te vertragen. De combinatie resulteert nu in een ‘zachte plop-down’, zoals beschreven in de verklaring.
Eerdere versies van de Robobee worstelden om een gecontroleerde landing te maken omdat de luchtwervelingen die werden gegenereerd uit de klappende vleugels die instabiliteit dicht bij de grond creëerden. Het is een probleem dat toepasselijk ‘grondeffect’ wordt genoemd dat helikopters ook ervaren. Behalve dat het potentieel uitdagender is voor de Robobee omdat het 0,004 ounces (1/10e van een gram) weegt, en zijn spanwijdte slechts 1,2 inch (3 centimeter) meet.
“De succesvolle landing van elk vliegend voertuig is gebaseerd op het minimaliseren van de snelheid, omdat het het oppervlak nadert vóór impact en de energie snel na de impact dissipeert,” legde Nak-Seung Patrick Hyun, een voormalige postdoctorale fellow van Harvard en nu een universitair docent aan de Purdue University’s School of Electrical and Computer Engineering. “Zelfs met de kleine vleugelflappen van Robobee is het grondeffect niet verwaarloosbaar wanneer het dicht bij het oppervlak vliegt, en de dingen kunnen erger worden na de impact terwijl het stuitert en tuimelt.” Hyun leidde de landingstests van de Robobee op zowel vaste oppervlakken als een blad, net als een echt insect.
De Crane Fly -benen en bijgewerkte controller beschermen ook de fragiele piëzo -elektrische actuatoren van de Robobee – het equivalent van de kleine robot van de spieren van een insect. “De primaire nadelen van piëzo -elektrische actuatoren voor microrobots zijn hun kwetsbaarheid en lage fractuurstaai,” legden de onderzoekers uit in de studie. “Compliant benen helpen bij het beschermen van de delicate piëzo-elektrische actuatoren tegen botsings-geïnduceerde fracturen tijdens crashliggers.”
In de toekomst wil het team de RoboBee-sensor, macht en controle-autonomie geven-wat de verklaring ‘een drieledige heilige graal’ noemt die zijn schijnbaar ongrijpbare praktische toepassingen zal brengen die veel dichter bij de realiteit zijn.
