211service.com
Robotachtig insect stijgt op
Een levensgrote robotvlieg is op de Harvard University gevlogen. Met een gewicht van slechts 60 milligram en een spanwijdte van drie centimeter, zijn de bewegingen van de kleine robot gemodelleerd naar die van een echte vlieg. Hoewel er nog veel werk moet worden verzet aan het mechanische insect, zeggen de onderzoekers dat zulke kleine vliegmachines ooit kunnen worden gebruikt als spionnen of voor het detecteren van schadelijke chemicaliën.
Eerste vlucht: Deze kleine robot weegt slechts 60 milligram en heeft een spanwijdte van drie centimeter. Het is de eerste robot die een lancering bereikt die op een vlieg is gemodelleerd en op zo'n kleine schaal is gebouwd.
De natuur maakt 's werelds beste vliegers, zegt Robert Wood , leider van het robotvliegproject van Harvard en een professor aan de school voor technische en toegepaste wetenschappen van de universiteit.
Het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency financiert Wood's onderzoek in de hoop dat het zal leiden tot stealth-bewakingsrobots voor het slagveld en stedelijke omgevingen. Het kleine formaat en het vliegachtige uiterlijk van de robot zijn van cruciaal belang voor dergelijke missies. Je zou waarschijnlijk geen vlieg in de kamer opmerken, maar je zou zeker een havik opmerken, zegt Wood.
Het nabootsen van de efficiënte bewegingen van een vlieg in een robot die ongeveer zo groot is als het echte insect, was echter moeilijk, omdat bestaande productieprocessen niet konden worden gebruikt om de vereiste stevige, lichtgewicht onderdelen te maken. De motoren, lagers en verbindingen die doorgaans worden gebruikt voor grootschalige robots zouden niet werken voor iets ter grootte van een vlieg. Het simpelweg verkleinen van bestaande macroschaaltechnieken zal niet in de buurt komen van de prestaties die we nodig hebben, zegt Wood.
multimedia
Kijk hoe de vlieg opstijgt.
Zie de vleugel in slow motion bewegen.
Sommige extreem kleine onderdelen kunnen worden gemaakt met behulp van de processen voor het maken van micro-elektromechanische systemen. Maar zulke processen kosten veel tijd en geld. Wood en zijn collega's van de University of California, Berkeley, hadden een goedkoop, snel fabricageproces nodig, zodat ze gemakkelijk verschillende iteraties van hun ontwerpen konden maken.
Uiteindelijk ontwikkelde het team zijn eigen fabricageproces. Met behulp van lasermicrobewerking sneden onderzoekers dunne vellen koolstofvezel in tweedimensionale patronen die tot op een paar micrometer nauwkeurig zijn. Vellen polymeer worden volgens hetzelfde proces gesneden. Door de platen van koolstofvezel en polymeer zorgvuldig te rangschikken, kunnen de onderzoekers functionele onderdelen maken.
Om bijvoorbeeld een buigverbinding te maken, rangschikken de onderzoekers twee kleine stukjes koolstofcomposiet en laten ze een opening ertussen. Vervolgens voegen ze een vel polymeer loodrecht over de twee koolstofstukken toe, zoals een tafelblad op twee korte poten. Aan weerszijden van het polymeer worden twee nieuwe stukken koolstofvezel geplaatst als laatste toplaag. Zodra alle stukken aan elkaar zijn uitgehard, lijkt het resulterende deel op de letter H: het midden is flexibel maar de zijkanten zijn stijf.
Door veel kleine stukjes koolstof-polymeer in elkaar te passen, zijn de onderzoekers in staat om vrij gecompliceerde onderdelen te maken die precies kunnen buigen en draaien zoals vereist. Om onderdelen te maken die zullen bewegen als reactie op elektrische signalen, gebruiken de onderzoekers elektroactieve polymeren, die van vorm veranderen wanneer ze worden blootgesteld aan spanning. Het hele fabricageproces zal worden beschreven in een paper dat zal verschijnen in een komende editie van de Tijdschrift voor mechanisch ontwerp .
Na meer dan zeven jaar werk aan het bestuderen van vluchtdynamiek en het verbeteren van verschillende onderdelen, ging Wood's fly dit voorjaar eindelijk van start. Toen ik de vlieg kreeg om op te stijgen, sprong ik letterlijk op en neer in het lab, zegt hij.
Andere onderzoekers hebben robots gebouwd die insecten nabootsen, maar dit is de eerste robot met twee vleugels die op zo'n kleine schaal is gebouwd en die met dezelfde bewegingen kan opstijgen als een echte vlieg. De dynamiek van zo'n vlucht is erg ingewikkeld en wordt al jaren bestudeerd door onderzoekers zoals: Ron Vrezend , Woods voormalige PhD-adviseur aan de University of California, Berkeley. Fearing, die zijn eigen robotinsecten bouwt, zegt erg onder de indruk te zijn van het feit dat Wood's insect kan vliegen: het is zeker een grote doorbraak. Maar Fearing zegt dat het de eerste van vele uitdagingen is bij het bouwen van een praktische vlieg.
Op dit moment wordt de vlieg van Wood beperkt door een ketting die hem in een rechte, opwaartse richting houdt. De onderzoekers werken momenteel aan een flight controller zodat de robot in verschillende richtingen kan bewegen.
De onderzoekers werken ook aan een stroombron aan boord. (Op dit moment wordt de robotvlieg extern aangedreven.) Wood zegt dat een verkleinde lithium-polymeerbatterij minder dan vijf minuten vliegtijd zou opleveren.
Ook kleine, lichtgewicht sensoren moeten worden geïntegreerd. Chemische sensoren kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om giftige stoffen in gevaarlijke gebieden te detecteren, zodat mensen met de juiste veiligheidsuitrusting het gebied kunnen betreden. Wood en zijn collega's zullen ook softwareroutines voor de vlieg moeten ontwikkelen, zodat hij obstakels kan ontwijken.
Toch is Wood er trots op een belangrijke mijlpaal in het project te hebben bereikt: de vlucht. Het is nogal een belangrijk iets, zegt hij. Veel mensen dachten dat het nooit zou kunnen opstijgen.