Новости и мнения

Вдохновленные насекомыми сенсоры улучшают полет крошечного робота

Микророботисты разработали простые датчики на основе легких органов насекомых, называемые глазками, для стабилизации миниатюрного летающего робота.

Согласно исследованию, опубликованному сегодня (18 июня) в Журнале Интерфейса Королевского общества, исследователи разработали крошечного летающего робота с самостабилизирующейся функцией, вдохновленной глазками, светочувствительными органами насекомых. Команда из лаборатории микроробототехники Гарвардского университета во главе с Робертом Вудом на шаг ближе к цели создания автономного летающего робота размером с насекомое. Результаты исследований могут также помочь энтомологам лучше понять роль глазков в стабилизации полета насекомых.

«Мало кто пытается сделать это в таком масштабе», – сказала биороботистка Барбара Уэбб из Эдинбургского университета, которая не участвовала в работе. «Это все усложняет, но и делает его более реалистичным образцом насекомого. Я впечатлен тем, что им удалось сделать ».

В прошлом году команда опубликовала статью в Science, описывающую ее усилия по созданию робота размером с пчелу под названием RoboBee и ранние летные испытания. Робот, весящий около 100 миллиграммов и не намного больше копейки, мог парить и летать по заданному маршруту на двух легких крыльях. При таком размере источники питания и навигационные датчики должны оставаться за бортом и подключаться к роботу с помощью тонких проводов – никто еще не сделал батареи, камеры или процессоры такими маленькими.

В данной статье подробно рассказывается о разработке базового датчика освещенности для стабилизации робота во время полета. «В последнее время акцент сместился с того, как вы изготовляете автомобиль, а теперь, как вы помещаете сенсор на борт», – сказал соавтор Сойер Фуллер , научный сотрудник лаборатории Вуда. «Глазки – это действительно самый простой из возможных датчиков».

Большие роботы могут быть оснащены камерами, лазерами или устройствами GPS для навигации. Но когда длина робота составляет всего несколько сантиметров, такие факторы, как размер датчика и даже толщина проводов, становятся проблемой. «Когда вы опускаетесь до таких масштабов, традиционные подходы в робототехнике не работают», – сказал Фуллер. «Вы должны отбросить 50 лет робототехники и начать все сначала».

Исследователи обрисовали в общих чертах математическую теорию динамики полета RoboBee и описали, как ocelli-подобные датчики могут помочь стабилизировать его. «Без каких-либо отзывов он переворачивается и падает», – сказал Фуллер. Датчик освещенности, установленный в верхней части робота, похож на один пиксель в цифровой камере: он регистрирует изменения в освещении и преобразует их в напряжение. Эта информация помогает роботу регистрировать горизонт. Затем робот использует эту информацию для оценки своего шага и крена и регулирует скорость, с которой он хлопает крыльями в петле обратной связи, чтобы компенсировать и оставаться в вертикальном положении. Фуллер объяснил, что робот похож на качающийся маятник: его крылья подавляют движение маятника, используя информацию, предоставленную датчиками.

В полевых испытаниях робот смог стабилизироваться на короткое время, около полсекунды, или 50 ударов крыла. Из-за его тонких компонентов робот еще не может летать намного дольше, но Фуллер говорит, что исправления, которые команда вносит в конструкцию робота, должны позволять выполнять более длительные полеты в течение нескольких месяцев.

Микророботы не просто заимствуют из мира насекомых, они также могут информировать энтомологическое исследование. Ученые до сих пор не понимают, как некоторые насекомые, такие как шмели, способны стабилизировать себя во время полета или точную функцию глазков. Наличие спроектированной модели, такой как RoboBee, дает исследователям еще одну возможность исследовать, как насекомые разрабатывают решения проблем полета. Текущие результаты «предполагают, что глазки измеряют угловую скорость световых паттернов в трех измерениях, вызванных движением насекомого, и что измеренные угловые скорости используются для компенсации ориентации насекомого», Дарио Флореано , директор Swiss Национальный центр робототехники, сообщил ученый по электронной почте.

Тем не менее, Стивен Видерман из Университета Аделаиды в Австралии, который изучает зрительные системы у насекомых и биоинженерии, сказал, что роль глазков может быть не такой простой, отметив, что многие насекомые способны стабилизироваться во время полета даже с окклюзиями глаз. «Как это часто бывает в биоинженерии, вся история будет сложной», – написал он в электронном письме The Scientist. « Этого следует ожидать при работе с системами, которые развивались в« лаборатории »сотен миллионов лет и размером с Землю».

Уэбб и Флореано отметили, что из-за ограничений летных испытаний – короткой продолжительности и их привязанности – трудно точно определить, насколько хорошо робот самостоятельно стабилизируется.

Фуллер сказал, что его команда работает не только над улучшением робота, чтобы обеспечить более длительные полеты, но также над миниатюризацией источников питания и процессоров, чтобы в конечном итоге разместить эти критические элементы на борту. Хотя полностью автономные роботы размером с насекомое, вероятно, еще через несколько лет, он сказал, что существует множество приложений для таких машин, таких как выполнение поисковых полетов через труднодоступные места бедствий. «Вы начинаете думать, – сказал Фуллер, – что бы вы хотели сделать с таким крошечным роботом?»

С.Б. Фуллер и др., «Управление свободным полетом роботизированной мухи с помощью встроенного датчика зрения, вдохновленного глазными насекомыми», Журнал Интерфейса Королевского общества , doi: 10.1098 / rsif.2014.0281, 2014.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *