Harvard équipe son robobee de train d’atterrissage inspiré de la mouche de grue

Il y a près de huit ans, les chercheurs de l’Université de Harvard ont dévoilé Robobee, un petit robot hybride qui pourrait voler, plonger et nager. Désormais, les ingénieurs du Harvard Microrobotics Laboratory ont équipé Robobee avec son équipement d’atterrissage le plus fiable à ce jour, inspiré par la mouche de la grue.

Robert WoodProfesseur d’ingénierie et de sciences appliqués de Harry Lewis et Marlyn McGrath à la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Mers), a dirigé l’équipe. Les chercheurs ont donné leur vol Robot Un ensemble de longues jambes articulées qui aident à atténuer sa transition de l’air à la terre.

Ils ont également équipé Robobee d’un contrôleur Cela aide à se déléner à l’approche, ce qui entraîne une douce plongeon.

Ces améliorations sont destinées à protéger les actuateurs piézoélectriques délicats du robot. Ce sont Les «muscles» riches en énergie déployé pour un vol facilement fracturé par les forces externes des atterrissages et des collisions bruts.

Robobee s’améliore à l’atterrissage

L’atterrissage a été problématique pour le Robobee en partie à cause de la petite et de la lumière. Le robot ne pèse qu’un dixième de gramme et a une envergure de 3 cm. Les itérations antérieures ont souffert d’un effet de sol ou d’une instabilité significative à la suite de tourbillons d’air de ses ailes battantes. Cela ressemble beaucoup aux coups de vent à part entière en orienté vers le sol générés par les hélicoptères.

« Auparavant, si nous devions pour un atterrissage, nous éteignions le véhicule un peu au-dessus du sol et le laisse tomber, et prions pour que cela se termine debout et en toute sécurité », a déclaré Christian Chan, co-auteur et un étudiant diplômé qui a dirigé la refonte mécanique du robot.

L’équipe papier Décrit les améliorations qu’elle a apportées au contrôleur du robot, ou cerveau, pour s’adapter aux effets du sol à l’approche. Il s’agit d’un effort dirigé par le co-premier auteur et ancien chercheur postdoctoral Nak-Seung Patrick Hyun. Hyun a conduit des tests d’atterrissage contrôlés sur une feuille, ainsi que des surfaces rigides.

Les chercheurs s’inspirent de la nature

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« Le débarquement réussi de tout véhicule volant repose sur la minimisation de la vitesse à l’approche de la surface avant l’impact et de la dissipation rapidement de l’énergie après l’impact », a déclaré Hyun, maintenant professeur adjoint à Université Purdue. « Même avec les minuscules volets d’aile de Robobee, l’effet de sol n’est pas sincligible lorsqu’il vole près de la surface, et les choses peuvent s’aggraver après l’impact car il rebondit et tombe. »

Le laboratoire a tourné vers la nature pour inspirer des améliorations mécaniques pour un vol habile et un atterrissage gracieux sur une variété de terrains. Les scientifiques ont choisi la mouche de la grue, un insecte relativement lent et inoffensif qui émerge du printemps à la chute et est souvent confondu avec un moustique géant.

« La taille et l’échelle de la taille de notre plateforme et de la taille du corps étaient assez similaires aux mouches des grues », a déclaré Chan.

Les chercheurs ont noté que les appendices longs et articulés de Crane Flies donnent probablement aux insectes la capacité d’atténuer leurs atterrissages. Les mouches des grues sont en outre caractérisées par leurs vols de courte durée. Une grande partie de leur brève durée de vie adulte (jours à quelques semaines) est passée à atterrir et à décoller.

En considérant les enregistrements d’échantillons de Harvard Base de données de zoologie Museum of Comparative Zoology, l’équipe a créé des prototypes de différentes architectures de jambes. Il s’est finalement installé sur des conceptions similaires à la segmentation des jambes d’une mouche de grue et à l’emplacement des articulations. Le laboratoire a utilisé des méthodes de fabrication lancés dans le laboratoire de microrobotiques Harvard pour adapter la rigidité et l’amortissement de chaque joint.

La chercheuse postdoctorale et co-auteur Alyssa Hernandez a apporté son expertise en biologie au projet, après avoir reçu son doctorat. Du département de la biologie organismique et évolutive de Harvard, où elle a étudié la locomotion des insectes.

« Robobee est une excellente plate-forme pour explorer l’interface de la biologie et de la robotique », a-t-elle déclaré. «La recherche de bio-inspiration dans l’incroyable diversité des insectes nous offre d’innombrables voies pour continuer à améliorer le robot. Réciproquement, nous pouvons utiliser ces plateformes robotiques comme outils pour la recherche biologique, produisant des études qui testent des hypothèses biomécaniques.»

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Les chercheurs se penchent sur les applications de Robobee

Actuellement, le Robobee reste attaché à des systèmes de contrôle hors bord. L’équipe a déclaré qu’elle continuerait de se concentrer sur la mise à l’échelle du véhicule et l’intégration de l’électronique à bord pour donner au capteur du robot, à l’alimentation et à l’autonomie de contrôle. Ces trois technologies permettront à la plate-forme Robobee de vraiment décoller, a affirmé les chercheurs.

« L’objectif à plus long terme est une autonomie complète, mais dans l’intervalle, nous avons travaillé à travers des défis pour les composants électriques et mécaniques à l’aide de dispositifs attachés », a déclaré Wood. «Les attaches de sécurité ont été, sans surprise, entravées à nos expériences, et l’atterrissage en toute sécurité est donc une étape critique pour éliminer ces emporteurs.»

La taille diminutive du Robobee et les prouesses de vol de type insecte offrent des possibilités intrigantes pour les applications futures, ont déclaré les chercheurs. Cela pourrait inclure une surveillance environnementale et une surveillance des catastrophes.

Parmi les applications potentielles préférées de Chan figure une pollinisation artificielle. Cela impliquerait des essaims de robobes bourdonnants dans les fermes verticales et les jardins du futur.

Le programme de bourses d’études supérieures de la National Science Foundation (NSF) dans le cadre de la subvention n ° DGE 2140743 a soutenu cette recherche.

Une image composite du Robobee atterrissant sur une feuille. | Source: Université Harvard