Mažytis keturių sparnų robotas vabzdys skraido labiau kaip tikras daiktas

Daugelis vabzdžių yra galingi, judrūs skrajutės. Viena iš priežasčių yra ta, kad dauguma jų turi keturis sparnus, kurie leidžia tiksliai valdyti skrydžio kryptį ir orientaciją reguliuojant žingsnį, posūkį ir posūkį.

Pastaraisiais metais aerodinamikai, inžinieriai ir robotai bandė kopijuoti į vabzdžius panašų skrydį, kurdami mažyčius skraidančius robotus. Pagrindinis dalykas, kurį jie atrado, yra tai, kaip tai sunku.

Keturių sparnų robotas (dešinėje) šalia dviejų sparnų dizaino ir JAV cento

Vienas mažiausių kada nors sukurtų skraidančių aparatų vadinosi RoboBee; jį varė du besiplečiantys sparnai, kurių kiekvienas nepriklausomai varomas savo mažyčiu pavaros mechanizmu. Iš tiesų, RoboBee buvo įmanoma sukurti tik dėl šių mažyčių pavarų, kurių kiekviena sveria tik 25 miligramus, sukūrimo.

Bet iškilo problema. Teoriškai du plazdantys RoboBee sparnai turėjo sukurti visas jėgas, reikalingas kontroliuojamam skrydžiui. Tačiau praktiškai mašina nesugebėjo generuoti pakankamai galingų jėgų, kad galėtų valdyti posūkį, todėl ji dažnai nevaldomai klajojo.

Geresnis dizainas būtų buvęs vabzdžių dydžio transporto priemonė, turinti keturis besiplečiančius sparnus, kaip ir tikri vabzdžiai. Tačiau tai būtų buvę įmanoma tik tuo atveju, jei pavaros būtų žymiai lengvesnės.

Įeikite Xiufeng Yang ir draugai iš Pietų Kalifornijos universiteto Los Andžele. Šie vaikinai sukūrė pavaras, kurios yra perpus mažesnės nei ankstesnės versijos. Jie panaudojo keturis iš jų, kad sukurtų robotą su keturiais besiplečiančiais sparnais, kurių kiekvieno ilgis siekė tik 33 milimetrus. Rezultatas – į vabzdžius panašus skraidantis aparatas „Bee+“. Jis gali tupėti, nusileisti, sekti keliu ir išvengti kliūčių.

Proveržis pagrįstas sumaniu inžinerijos darbu. 2013 m. „RoboBee“ pavaros buvo bimorfų tipo. Tai konsolės, pagamintos iš dviejų pjezoelektrinės medžiagos sluoksnių, atskirtų pasyviu sluoksniu. Pjezoelektriniai sluoksniai pakaitomis susitraukia, priversdami konsolę lenkti pirmyn ir atgal. Šis judesys skatina sparno plakimą.

Šios pavaros yra paprastos, mažos ir lengvos, todėl puikiai tinka skrydžiams į vabzdžius. Dvi „RoboBee“ bimorfinės pavaros sveria tik 50 miligramų, tai yra reikšminga viso įrenginio masės dalis – 75 miligramai.

Tačiau Yang ir bendradarbiai rado būdą, kaip padaryti juos dar lengvesnius, naudodami pavaros konstrukciją, vadinamą unimorph. Vietoj dviejų pjezoelektrinės medžiagos sluoksnių unimorfas naudoja vieną juostelę, pritvirtintą prie pasyvaus sluoksnio. Pakartotinis pjezoelektrinio sluoksnio susitraukimas sukelia konsolės sulenkimą. O gembės galo judėjimas skatina sparno plakimą.

Dėl šios vieno sluoksnio konstrukcijos pavaros žymiai lengvesnės. Iš tiesų, keturios unimorfinės pavaros sveria tik 56 miligramus, tik keliais gramais daugiau nei dviem bimorfams. Be to, unimorfinės pavaros supaprastina surinkimo procesą. Naujas dizainas žymiai sumažina gamybos proceso sudėtingumą ir statistinį surinkimo klaidų dažnį, palyginti su dviejų sparnų robotais, tarkim Yang ir co.

O kadangi bendras transporto priemonės svoris su keturiais sparnais yra 95 miligramai, sparno apkrova yra žymiai mažesnė nei RoboBee. Tai sumažina pavaras veikiančias jėgas ir pailgina jų tarnavimo laiką. Siūlomas metodas turi daug pranašumų svorio, matmenų, aerodinamikos, valdymo ir gamybos požiūriu, teigia komanda.

Vienas „Bee+“ (ir kitų į vabzdžius panašių skrajučių, tokių kaip „RoboBee“) trūkumas yra tas, kad jis turi būti maitinamas per diržą. Tai leidžia Yang ir co pademonstruoti savo skraidymo galimybes nesijaudinant dėl ​​atskiro energijos kaupimo iššūkio. Kiti demonstravo robotus vabzdžius, maitinamus lazerio spinduliais. Tačiau laivo galia vis dar yra didelis iššūkis.

Čia galite stebėti, kaip „Bee+“ juda .

Tai įdomus darbas, parodantis, kaip į vabzdžius panašių robotų pažanga labai priklauso nuo inžinerijos pažangos.

Iš tiesų, labai reikia daugiau pažangos. Bee+ gali būti įkvėptas vabzdžių, bet sveriantis 95 miligramus, jis yra begemotas, palyginti su tikrais padarais. Pavyzdžiui, kamanė sveria apie 10 miligramų S ir yra pati maitinama.

Taigi inžinieriai turės sumažinti savo mašinų dydį ir svorį bent jau dydžiu, ir tai prieš svarstydami energijos kaupimo problemą, kuri yra dar sudėtingesnė. Dėl šios priežasties gali praeiti šiek tiek laiko, kol pamatysime robotus, turinčius tikrai panašių į vabzdžius galimybes.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1905.02253 : Bee+ : 95 mg keturių sparnų vabzdžių skalės skraidantis robotas, varomas dvigubų vienamorfinių pavarų

paslėpti