Una toma de comparación muestra el tamaño relativo de la plataforma Robobee precise con un centavo, una iteración previa del Robobee y una mosca de la grúa. | Fuente: Universidad de Harvard
Hace casi ocho años, los investigadores de la Universidad de Harvard presentaron a Robobee, un robotic pequeño e híbrido que podía volar, bucear y nadar. Ahora, los ingenieros del Laboratorio de Microrobotics de Harvard han equipado a Robobee con su tren de aterrizaje más confiable hasta la fecha, inspirado en la mosca de la grúa.
Robert WoodenProfesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harry Lewis y Marlyn McGrath en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de John A. Paulson (Ciencias Aplicadas (Mares), lideró al equipo. Los investigadores han dado su vuelo Robotic un conjunto de piernas largas y articuladas que ayudan a aliviar su transición de aire a tierra.
También equiparon a Robobee con una actualización controlador Eso ayuda a desacelerar en el enfoque, lo que resulta en un suave plop.
Estas mejoras están destinadas a proteger a los delicados actuadores piezoeléctricos del robotic. Estos son “Músculos” densos en energía desplegado para vuelo que se fracturan fácilmente por fuerzas externas de desembarcos y colisiones.
Robobee mejora al aterrizar
El aterrizaje ha sido problemático para el robobee en parte debido a lo pequeño y ligero que es. El robotic pesa solo una décima parte de un gramo y tiene una envergadura de 3 cm. Las iteraciones anteriores sufrieron un efecto terrestre significativo, o inestabilidad como resultado de vórtices de aire de sus alas de aleteo. Esto es muy parecido a los vendedores de fuerza completa orientados a tierra generados por hélices de helicópteros.
“Anteriormente, si tuviéramos que aterrizar, apagaríamos el vehículo un poco por encima del suelo y simplemente dejaríamos caer, y rezamos para que aterrice en posición vertical y segura”, dijo Christian Chan, co-primero autor y estudiante graduado que dirigió el rediseño mecánico del robotic.
El equipo papel describe las mejoras que realizó al controlador del robotic o cerebro para adaptarse a los efectos del suelo a medida que se acerca. Este es un esfuerzo dirigido por el co-directo autor y ex investigador postdoctoral Nak-Seung Patrick Hyun. Las pruebas de aterrizaje controladas por Hyun LED en una hoja, así como superficies rígidas.
Los investigadores se inspiran en la naturaleza
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“El aterrizaje exitoso de cualquier vehículo volador se basa en minimizar la velocidad a medida que se acerca a la superficie antes del impacto y la disipación de energía rápidamente después del impacto”, dijo Hyun, ahora profesor asistente de Universidad de Purdue. “Incluso con las pequeñas aletas de ala de Robobee, el efecto del suelo no es despiadado cuando vuela cerca de la superficie, y las cosas pueden empeorar después del impacto a medida que rebota y cae”.
El laboratorio buscó la naturaleza para inspirar actualizaciones mecánicas para un vuelo hábil y un aterrizaje elegante en una variedad de terrenos. Los científicos eligieron la mosca de la grúa, un insecto inofensivo e inofensivo relativamente lento que emerge de primavera a otoño y a menudo se confunde con un mosquito gigante.
“El tamaño y la escala de la envergadura y el tamaño del cuerpo de nuestra plataforma eran bastante similares a las moscas de la grúa”, dijo Chan.
Los investigadores señalaron que los apéndices articulados y de las moscas de la grúa probablemente le dan a los insectos la capacidad de amortiguar sus desembarques. Las moscas de la grúa se caracterizan aún más por sus vuelos de corta duración. Gran parte de su breve vida útil para adultos (días a un par de semanas) se gasta aterrizando y despegando.
Considerando registros de muestras de Harvard’s Museo de la base de datos de zoología comparativa, el equipo creó prototipos de diferentes arquitecturas de piernas. Finalmente se estableció en diseños similares a la segmentación de la pierna de una mosca de la grúa y la ubicación de la articulación. El laboratorio utilizó los métodos de fabricación pioneros en el laboratorio de microrobotics de Harvard para adaptar la rigidez y la amortiguación de cada junta.
La investigadora y coautora postdoctoral Alyssa Hernández trajo su experiencia en biología al proyecto, después de haber recibido su Ph.D. del Departamento de Biología Organismic y Evolutiva de Harvard, donde estudió locomoción de insectos.
“Robobee es una excelente plataforma para explorar la interfaz de biología y robótica”, dijo. “Buscar bioinspiración dentro de la increíble diversidad de insectos nos ofrece innumerables vías para continuar mejorando el robotic. Recíprocamente, podemos usar estas plataformas robóticas como herramientas para la investigación biológica, produciendo estudios que prueben hipótesis biomecánicas”.
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Los investigadores miran hacia las aplicaciones de Robobee
Actualmente, el Robobee permanece atado a los sistemas de management fuera de borda. El equipo dijo que continuará enfocándose en ampliar el vehículo e incorporar la electrónica a bordo para dar al sensor de robotic, la alimentación y la autonomía de management. Estas tres tecnologías permitirán que la plataforma Robobee realmente despegue, afirmó los investigadores.
“El objetivo a largo plazo es la autonomía completa, pero en el ínterin, hemos estado trabajando a través de desafíos para los componentes eléctricos y mecánicos que utilizan dispositivos atados”, dijo Wooden. “Las ataduras de seguridad, como period de esperar, se interponían en el camino de nuestros experimentos, y el aterrizaje seguro es un paso crítico para eliminar esos ataduras”.
El tamaño diminuto y la destreza de vuelo related a los insectos de Robobee ofrecen posibilidades intrigantes para futuras aplicaciones, dijeron los investigadores. Esto podría incluir monitoreo ambiental y vigilancia de desastres.
Entre las aplicaciones potenciales favoritas de Chan se encuentra la polinización synthetic. Esto implicaría enjambres de robobes que zumban alrededor de granjas verticales y jardines del futuro.
El Programa de Becas de Investigación de Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) bajo la subvención No. DGE 2140743 apoyó esta investigación.
Una imagen compuesta del aterrizaje de Robobee sobre una hoja. | Fuente: Universidad de Harvard
