Robotický hmyz vzlétne

Na Harvardově univerzitě vzlétla robotická moucha v životní velikosti. Váží pouhých 60 miligramů a má rozpětí křídel tři centimetry a pohyby malého robota jsou modelovány jako pohyby skutečné mouchy. Zatímco na mechanickém hmyzu zbývá ještě mnoho práce, vědci říkají, že takové malé létající stroje by mohly být jednoho dne použity jako špioni nebo pro detekci škodlivých chemikálií.

První let: Tento malý robot váží pouhých 60 miligramů a má rozpětí křídel tři centimetry. Je to první robot, který dosáhl vzletu, který je modelován za letu a postaven v tak malém měřítku.

Příroda dělá nejlepší letce na světě, říká Robert Wood , vedoucí harvardského projektu robotického letu a profesor na univerzitní fakultě inženýrství a aplikovaných věd.

Americká Agentura pro pokročilé výzkumné projekty v oblasti obrany financuje Woodův výzkum v naději, že povede k vytvoření robotů pro neviditelné sledování pro bojiště a městské prostředí. Malé rozměry robota a jeho vzhled připomínající mouchu jsou pro takové mise zásadní. Pravděpodobně byste si v místnosti nevšimli mouchy, ale určitě byste si všimli jestřába, říká Wood.

Obnovení účinných pohybů mouchy v robotu velikosti zhruba skutečného hmyzu však bylo obtížné, protože k výrobě požadovaných odolných a lehkých dílů nebylo možné použít stávající výrobní procesy. Motory, ložiska a klouby, které se obvykle používají u velkých robotů, by nefungovaly na něco velikosti mouchy. Pouhé zmenšení stávajících makroměřítek se nepřiblíží výkonu, který potřebujeme, říká Wood.

Multimédia

• Sledujte vzlétající mouchu.

• Podívejte se, jak se křídlo pohybuje ve zpomaleném záběru.

Některé extrémně malé díly lze vyrobit pomocí postupů pro vytváření mikroelektromechanických systémů. Ale takové procesy vyžadují spoustu času a peněz. Wood a jeho kolegové z Kalifornské univerzity v Berkeley potřebovali levný a rychlý výrobní proces, aby mohli snadno vytvářet různé iterace svých návrhů.

Nakonec tým vyvinul svůj vlastní výrobní proces. Pomocí laserového mikroobrábění vědci řežou tenké listy uhlíkových vláken do dvourozměrných vzorů, které jsou přesné na několik mikrometrů. Listy polymeru se řežou stejným způsobem. Pečlivým uspořádáním desek z uhlíkových vláken a polymeru jsou vědci schopni vytvořit funkční díly.

Například, aby vytvořili ohybový spoj, vědci uspořádají dva malé kousky uhlíkového kompozitu a ponechají mezi nimi mezeru. Potom přidají vrstvu polymeru kolmo přes dva uhlíkové kusy, jako desku stolu na dvou krátkých nohách. Dva nové kusy uhlíkových vláken jsou umístěny na obou koncích polymeru jako poslední vrchní vrstva. Jakmile jsou všechny kusy vytvrzeny dohromady, výsledná část připomíná písmeno H: střed je pružný, ale strany jsou tuhé.

Spojením mnoha malých uhlíkových polymerových kousků dohromady jsou výzkumníci schopni vytvořit poměrně komplikované díly, které se mohou ohýbat a otáčet přesně podle potřeby. K výrobě dílů, které se budou pohybovat v reakci na elektrické signály, vědci začlenili elektroaktivní polymery, které mění tvar, když jsou vystaveny napětí. Celý proces výroby bude popsán v dokumentu, který se objeví v nadcházejícím vydání Journal of Mechanical Design .

Po více než sedmi letech práce na studiu dynamiky letu a vylepšování různých částí Woodova muška letos na jaře konečně vzlétla. Když jsem dostal mouchu ke startu, doslova jsem v laboratoři skákal nahoru a dolů, říká.

Jiní výzkumníci postavili roboty napodobující hmyz, ale toto je první dvoukřídlý ​​robot postavený v tak malém měřítku, který může vzlétnout pomocí stejných pohybů jako skutečná moucha. Dynamika takového letu je velmi komplikovaná a byla léta studována výzkumníky jako např Ron Strach , Woodův bývalý doktorandský poradce na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Fearing, který si staví svůj vlastní robotický hmyz, říká, že na něj velmi zapůsobila skutečnost, že Woodův hmyz může létat: Je to určitě velký průlom. Ale Fearing říká, že je to první z mnoha výzev při stavbě praktické mušky.

V současné době je Woodova muška omezena popruhem, který ji udržuje v pohybu přímo nahoru. Vědci v současné době pracují na letovém ovladači, aby se robot mohl pohybovat různými směry.

Výzkumníci také pracují na palubním zdroji energie. (V tuto chvíli je robotická muška napájena externě.) Wood říká, že zmenšená lithium-polymerová baterie by poskytla méně než pět minut letu.

Je třeba integrovat také drobné, lehké senzory. Chemické senzory by mohly být použity například k detekci toxických látek v nebezpečných oblastech, aby lidé mohli vstoupit do oblasti s příslušným bezpečnostním vybavením. Wood a jeho kolegové budou také muset vyvinout softwarové rutiny pro mouchu, aby se mohla vyhýbat překážkám.

Přesto je Wood hrdý na to, že dosáhl významného projektového milníku: letu. Je to docela zásadní věc, říká. Spousta lidí si myslela, že nikdy nebude moci vzlétnout.

skrýt