Uma foto de comparação mostra o tamanho relativo da plataforma Robobee atual com um centavo, uma iteração anterior do Robobee e uma mosca de guindaste. | Fonte: Universidade de Harvard
Há quase oito anos, os pesquisadores da Universidade de Harvard revelaram Robobee, um pequeno robô híbrido que poderia voar, mergulhar e nadar. Agora, os engenheiros do Harvard Microrobotics Laboratory prepararam Robobee com seu trem de pouso mais confiável até o momento, inspirado na mosca do guindaste.
Robert WoodThe Harry Lewis e Marlyn McGrath Professor de Engenharia e Ciências Aplicadas na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de John A. Paulson (Mar), liderou a equipe. Os pesquisadores deram seu vôo Robô um conjunto de pernas longas e articuladas que ajudam a aliviar sua transição do ar para o solo.
Eles também equiparam o Robobee com um controlador atualizado que o ajuda a desacelerar na abordagem, resultando em um desdém suave.
Essas melhorias destinam -se a proteger os delicados atuadores piezoelétricos do robô. São “músculos” densos em energia implantados para o voo que são facilmente fraturados por forças externas de desembarques e colisões ásperas.
Robobee fica melhor no pouso
O pouso tem sido problemático para o Robobee em parte por causa de quão pequena e leve é. O robô pesa apenas um décimo de grama e tem uma envergadura de 3 cm. As iterações anteriores sofriam de efeito significativo do solo, ou instabilidade como resultado de vórtices aéreos de suas asas batendo. Isso é muito parecido com os vendavais de força total voltada para o solo gerados por hélices de helicóptero.
“Anteriormente, se fôssemos um pouso, desligaríamos o veículo um pouco acima do solo e apenas o soltaríamos, e oramos para que ele aterrasse na vertical e com segurança”, disse Christian Chan, co-primeiro autor e um estudante de graduação que liderou o redesenho mecânico do robô.
A equipe papel Descreve as melhorias feitas ao controlador do robô, ou cérebro, para se adaptar aos efeitos do solo à medida que se aproxima. Este é um esforço liderado pelo co-primeiro autor e ex-pesquisador de pós-doutorado Nak-Seung Patrick Hyun. Testes de desembarque controlado por LED Hyun em uma folha, bem como superfícies rígidas.
Os pesquisadores se inspiram na natureza
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“O pouso bem -sucedido de qualquer veículo voador depende de minimizar a velocidade à medida que se aproxima da superfície antes do impacto e a dissipação de energia rapidamente após o impacto”, disse Hyun, agora professor assistente da Universidade de Purdue. “Mesmo com as pequenas abas de asa de Robobee, o efeito do solo não é negligenciável ao voar perto da superfície, e as coisas podem piorar após o impacto à medida que ele salta e cai”.
O laboratório procurou para a natureza para inspirar atualizações mecânicas em busca de vôo hábil e pouso gracioso em uma variedade de terrenos. Os cientistas escolheram a mosca do guindaste, um inseto inofensivo e relativamente lento e inofensivo que emerge da primavera ao outono e é frequentemente confundido com um mosquito gigante.
“O tamanho e a escala da envergadura e do tamanho do corpo da nossa plataforma eram bastante semelhantes às moscas do guindaste”, disse Chan.
Os pesquisadores observaram que os apêndices longos e conjuntos de Crane voam provavelmente dão aos insetos a capacidade de amortecer seus desembarques. As moscas do guindaste são ainda mais caracterizadas por seus voos de curta duração. Grande parte de sua breve vida útil adulta (dias a algumas semanas) é gasta pousando e decolando.
Considerando registros de espécimes do Banco de Dados de Zoologia Comparativos de Harvard, a equipe criou protótipos de diferentes arquiteturas das pernas. Eventualmente, ele se estabeleceu em projetos semelhantes à segmentação das pernas de uma mosca do guindaste e à localização da junta. O laboratório usou os métodos de fabricação pioneiros no Laboratório de Microrobóticos de Harvard para adaptar a rigidez e o amortecimento de cada articulação.
A pesquisadora e co-autora de pós-doutorado Alyssa Hernandez trouxe sua experiência em biologia ao projeto, tendo recebido seu doutorado. Do Departamento de Biologia Organismica e Evolutiva de Harvard, onde estudou locomoção de insetos.
“Robobee é uma excelente plataforma para explorar a interface da biologia e da robótica”, disse ela. “Procurando bioinspiração dentro da incrível diversidade de insetos nos oferece inúmeras avenidas para continuar melhorando o robô. Reciprocamente, podemos usar essas plataformas robóticas como ferramentas para pesquisas biológicas, produzindo estudos que testam hipóteses biomecânicas.”
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Os pesquisadores olham para as aplicações de Robobee
Atualmente, o Robobee permanece amarrado a sistemas de controle fora do bordo. A equipe disse que continuará se concentrando em dimensionar o veículo e incorporar eletrônicos a bordo para dar ao sensor de robô, poder e autonomia. Essas três tecnologias permitirão que a plataforma Robobee realmente decolasse, afirmou os pesquisadores.
“O objetivo de longo prazo é total autonomia, mas, nesse meio tempo, estamos trabalhando com desafios para componentes elétricos e mecânicos usando dispositivos amarrados”, disse Wood. “Os tethers de segurança estavam, sem surpresa, atrapalhando nossos experimentos, e assim o pouso seguro é um passo crítico para remover esses amarras”.
O tamanho diminuto do Robobee e as proezas de vôo semelhantes a insetos oferecem possibilidades intrigantes para futuras aplicações, disseram os pesquisadores. Isso pode incluir monitoramento ambiental e vigilância de desastres.
Entre as aplicações potenciais favoritas de Chan está a polinização artificial. Isso envolveria enxames de Robobees zumbindo em torno de fazendas e jardins verticais do futuro.
O Programa de Bolsas de Pesquisa de Pós -Graduação da National Science Foundation (NSF), sob a concessão nº DGE 2140743, apoiou esta pesquisa.
Uma imagem composta do Robobee pousando em uma folha. | Fonte: Universidade de Harvard