Ένα ρομπότ εμπνευσμένο από έντομα που ζυγίζει όσο μια σταφίδα, μπορεί να κάνει ακροβατικά και να πετάει για πολύ περισσότερο από οποιοδήποτε προηγούμενο drone μεγέθους εντόμου χωρίς να καταρρέει.Για να μπορούν τα μικροσκοπικά ιπτάμενα ρομπότ να εκτελούν ελιγμούς, πρέπει να είναι ελαφριά και ευκίνητα, αλλά και ικανά να αντέχουν σε μεγάλες δυνάμεις. Τέτοιες δυνάμεις σημαίνουν ότι τα περισσότερα από αυτά μπορούν να πετάξουν μόνο για περίπου 20 δευτερόλεπτα πριν καταρρεύσουν, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη συλλογή αρκετών δεδομένων για τη σωστή βαθμονόμηση, δοκιμή και αξιολόγηση των ικανοτήτων τους.
Τώρα, ο Suhan Kim στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) και οι συνάδελφοί του, εμπνευσμένοι από την ανατομία των φυσικών επικονιαστών, ανέπτυξαν ένα ιπτάμενο ρομπότ που μοιάζει με έντομο στο μέγεθος ενός γραμματοσήμου που μπορεί να εκτελέσει ακροβατικούς ελιγμούς, όπως διπλές αναστροφές και να αιωρείται για έως και 17 λεπτά με επιτυχία.Ο Kim και η ομάδα του προσάρμοσαν το σχέδιο ενός προηγούμενου ιπτάμενου ρομπότ, αλλά έκαναν τις αρθρώσεις πιο ανθεκτικές βάζοντάς τες να συνδέονται σε ένα μεγαλύτερο μέρος του ρομπότ παρά σε ένα μόνο σημείο. Αυτό μείωσε τη δύναμη στις αρθρώσεις. Χρησιμοποίησαν επίσης μαλακούς ενεργοποιητές που μοιάζουν με μύες για να κινήσουν τα φτερά, αντί για τυπικούς ηλεκτρονκούς κινητήρες.Οι ερευνητές οραματίζονται ένα μέλλον όπου αγρότες θα μπορούν με τεχνητή επικονίαση να καλλιεργούν φρούτα και λαχανικά μέσα σε πολυεπίπεδες αποθήκες, ενισχύοντας τις αποδόσεις και μετριάζοντας ορισμένες από τις επιβλαβείς επιπτώσεις της γεωργίας στο περιβάλλον.Τα ρομποτικά έντομα που αναπτύσσουν οι μηχανικοί του MIT θα μπορούσαν κάποια μέρα να βγαίνουν σε σμήνη από μηχανικές κυψέλες και να πραγματοποιούν γρήγορα και με απόλυτη ακρίβεια την επικονίαση.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Credit: Courtesy of the researchers
Μέχρι τώρα, ακόμη και τα καλύτερα ρομπότ μεγέθους ζωυφιού που έχουν δημιουργηθεί δεν μοιάζουν με τους φυσικούς επικονιαστές, όπως τις μέλισσες, στην αντοχή, στην ταχύτητα και στην ικανότητα ελιγμών.Τα νέα ρομποτικά έντομα μπορούν να αιωρούνται για περίπου 1.000 δευτερόλεπτα, που είναι 100 φορές περισσότερο από ό,τι είχε επιτευχθεί σε προηγούμενες απόπειρες. Οι μηχανικοί, στο εξής θέλουν να δουν πόσο μακριά μπορούν να προχωρήσουν αυτό το νέο σχέδιο, για να πετύχουν πτήση για περισσότερο από 10.000 δευτερόλεπτα.«Με τη βελτιωμένη διάρκεια ζωής και την ακρίβεια αυτού του ρομπότ, πλησιάζουμε σε ορισμένες πολύ συναρπαστικές εφαρμογές, όπως είναι η υποβοηθούμενη επικονίαση», λέει σε σχετικό δελτίο τύπου ο Kevin Chen, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών (EECS) και ο ανώτερος συγγραφέας μιας εργασίας ανοιχτής πρόσβασης για το νέο αυτό ρομποτικό σχέδιο στο Science Robotics .
Οι προηγούμενες εκδόσεις του ρομποτικού εντόμου αποτελούνταν από τέσσερις πανομοιότυπες μονάδες, η καθεμία με δύο φτερά, συνδυασμένες σε μια ορθογώνια συσκευή περίπου στο μέγεθος μιας μικρής κασέτας. «Αλλά δεν υπάρχει έντομο που να έχει οκτώ φτερά. Στο παλιό μας σχέδιο, η απόδοση κάθε μονάδας μεμονωμένα ήταν πάντα καλύτερη από το συναρμολογημένο ρομπότ», λέει ο Chen. Η μειωμένη απόδοση στα προηγούμενα σχέδια οφειλόταν εν μέρει στη διάταξη των φτερών, τα οποία χτυπούσαν μεταξύ τους, μειώνοντας τις δυνάμεις ανύψωσης. Το νέο σχέδιο κόβει το ρομπότ στη μέση. Κάθε μία από τις τέσσερις πανομοιότυπες μονάδες έχει τώρα ένα πτερύγιο που χτυπάει μακριά από το κέντρο του ρομπότ, σταθεροποιώντας τα φτερά και ενισχύοντας τις δυνάμεις ανύψωσής τους.
Credit: Courtesy of the researchers
Το ανανεωμένο ρομπότ έχει σχεδιαστεί για να ενισχύει την ακρίβεια και την ευελιξία της πτήσης, ενώ ελαχιστοποιεί τη μηχανική καταπόνηση στις τεχνητές κάμψεις των φτερών του, κάτι που επιτρέπει ταχύτερους ελιγμούς, αυξημένη αντοχή και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Η νέα έκδοση έχει επίσης αρκετό ελεύθερο χώρο ώστε το ρομπότ να μπορεί να μεταφέρει μικροσκοπικές μπαταρίες ή αισθητήρες, οι οποίοι θα μπορούσαν να του επιτρέψουν να πετάξει αυτόνομα έξω από το εργαστήριο. Το νέο ρομπότ πέτυχε επίσης μέση ταχύτητα 35 εκατοστών ανά δευτερόλεπτο, ανέφεραν οι ερευνητές, ενώ εκτελούσε ελιγμούς και διπλές αναστροφές. Ωστόσο, ακόμη και με αυτές τις σχεδιαστικές καινοτομίες, εξακολουθεί να υπάρχει ένα χάσμα μεταξύ των καλύτερων ρομποτικών εντόμων και των πραγματικών. Για παράδειγμα, μια μέλισσα έχει μόνο δύο φτερά, αλλά μπορεί να εκτελεί γρήγορες και εξαιρετικά ελεγχόμενες κινήσεις.«Τα φτερά των μελισσών ελέγχονται καλά από ένα πολύ εξελιγμένο σύνολο μυών.
Αυτό το τελειοποιημένο επίπεδο είναι κάτι που πραγματικά μας ιντριγκάρει, αλλά δεν έχουμε καταφέρει ακόμη να το αναπαραγάγουμε στο εργαστήριο», λέει ο Chen.Η κίνηση των φτερών του ρομποτικού εντόμου καθοδηγείται από τεχνητούς μύες. Αυτοί οι μικροσκοπικοί, μαλακοί ενεργοποιητές είναι κατασκευασμένοι από στρώματα ελαστομερούς που τοποθετούνται ανάμεσα σε δύο πολύ λεπτά ηλεκτρόδια νανοσωλήνων άνθρακα και στη συνέχεια στριμώχνονται σε έναν κύλινδρο. Οι ενεργοποιητές συμπιέζονται και επιμηκύνονται γρήγορα, δημιουργώντας μηχανική δύναμη που χτυπά τα φτερά.Σε προηγούμενα σχέδια, οι ενεργοποιητές συχνά λύγιζαν όταν λειτουργούσαν στις υψηλές συχνότητες που απαιτούνται για την πτήση, μειώνοντας την ισχύ και την απόδοση του ρομπότ. Οι βελτιωμένες μεταδόσεις μετριάζουν αυτό το φαινόμενο λυγίσματος, μειώνοντας την πίεση στους τεχνητούς μύες και επιτρέποντάς τους να ασκούν περισσότερη δύναμη για το χτύπημα των φτερών. Ένας άλλος νέος σχεδιασμός που περιλαμβάνει έναν μακρύ ‘μεντεσέ’ που ενώνει τα πτερύγια με το σώμα, ο οποίος έχει μήκος περίπου 2 εκατοστά, αλλά μόλις 200 μικρά σε διάμετρο, ήταν μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις των ερευνητών.
{https://www.youtube.com/watch?v=SzxEA0QF69I&t=45s}
Μετά από πολλές προσπάθειες, οι ερευνητές τελειοποίησαν μια διαδικασία κοπής με λέιζερ πολλαπλών βημάτων που τους επέτρεψε να κατασκευάσουν με ακρίβεια κάθε μεντεσέ φτερού. Ωστόσο, το ρομπότ δεν είναι επί του παρόντος σε θέση να πετάξει αυτόνομα, καθώς η ομάδα δεν έχει ακόμη τελειοποιήσει μια πηγή ενέργειας και τα ηλεκτρονικά που την ελέγχουν – αν και ελπίζουν να τα βελτιώσουν μελλοντικά. Θέλουν επίσης να βελτιώσουν την ακρίβεια των ρομπότ ώστε να μπορούν να προσγειώνονται και να απογειώνονται από το κέντρο ενός λουλουδιού. «Αυτή η νέα ρομποτική πλατφόρμα είναι ένα σημαντικό αποτέλεσμα από την ομάδα μας και ανοίγει πολλές συναρπαστικές κατευθύνσεις. Για παράδειγμα, η ενσωμάτωση αισθητήρων, μπαταριών και υπολογιστικών δυνατοτήτων σε αυτό το ρομπότ θα είναι κεντρικού ενδιαφέροντος για τα επόμενα τρία έως πέντε χρόνια», λέει ο Chen.
Πηγή: MIT News
