- Тараканы учат роботов карабкаться и бегать
- Роботы все еще не могут превзойти крошечные спидстеры природы
Новый вид роботизированной мухи, названный RoboFly, получает энергию от лазерного луча. Это разрывает шнур между роботом и землей и позволяет ему взлететь самостоятельно.
«Раньше концепция беспроводных летающих роботов размером с насекомое была научной фантастикой».
Летающие роботы размером с насекомое могли бы помочь с трудоемкими задачами, такими как наблюдение за ростом урожая на крупных фермах или обнаружение утечек газа. Эти роботы взлетают, порхая крошечными крыльями, потому что они слишком малы, чтобы использовать пропеллеры, подобные тем, которые можно увидеть на их больших двоюродных братьях-дронах. Небольшой размер выгоден: эти роботы дешевы в изготовлении и могут легко скользить в труднодоступных местах, недоступных для больших дронов.
Но нынешние летающие робо-насекомые все еще привязаны к земле. Электроника, в которой они нуждаются, чтобы привести в действие и управлять своими крыльями, слишком тяжелая, чтобы эти миниатюрные роботы нести их.
Лазерный источник питания RoboFly может быть одним маленьким клапаном для робота, но это гигантский скачок для роботов.
Чтобы запитать RoboFly, инженеры направили невидимый лазерный луч (показан здесь красным лазером) на фотоэлектрическую ячейку, которая прикреплена над роботом и преобразует лазерный свет в электричество. (Предоставлено: Mark Stone / U. Of Washington)
Муха-робот немного тяжелее зубочистки и получает энергию от лазерного луча. Он использует крошечную бортовую схему, которая преобразует энергию лазера в электричество, достаточное для работы его крыльев.
«До сих пор концепция беспроводных летающих роботов размером с насекомое была научной фантастикой. Сможем ли мы когда-нибудь заставить их работать без провода? »- говорит соавтор Сойер Фуллер, доцент кафедры машиностроения Вашингтонского университета. «Наш новый беспроводной RoboFly показывает, что они намного ближе к реальной жизни».
Инженерная задача - взмах. Хлопание крыльев - это энергозатратный процесс, и источник питания, и контроллер, управляющий крыльями, слишком велики и громоздки, чтобы ехать на борту крошечного робота. Итак, предыдущее робо-насекомое Фуллера, RoboBee , имел поводок - он получил власть и контроль через провода от земли.
Но летающий робот должен уметь работать самостоятельно. Фуллер и его команда решили использовать узкий невидимый лазерный луч для питания своего робота. Они направили лазерный луч на фотоэлектрическую ячейку, которая прикреплена над RoboFly и преобразует лазерный свет в электричество.
Чтобы сделать RoboFly беспроводным, инженеры разработали гибкую схему (желтого цвета) с повышающим преобразователем (медная катушка и черные ящики слева), которые повышают семь вольт, поступающих от фотоэлектрического элемента, до 240 вольт, необходимых для полета. Эта схема также имеет мозг микроконтроллера (черный квадрат в правом верхнем углу), который позволяет RoboFly управлять своими крыльями. (Предоставлено: Mark Stone / U. Of Washington)
«Это был самый эффективный способ быстро передать много энергии RoboFly без особого увеличения веса», - говорит соавтор Shyam Gollakota, доцент Школы компьютерных наук и инженерии им. Пола Аллена.
Тем не менее, один лазер не обеспечивает достаточного напряжения для перемещения крыльев. Вот почему команда разработала схему, которая увеличила семь вольт, выходящих из фотоэлектрического элемента, до 240 вольт, необходимых для полета.
Чтобы дать RoboFly контроль над своими крыльями, инженеры предоставили мозг: они добавили микроконтроллер в ту же схему.
«Микроконтроллер действует как мозг настоящей мухи, сообщая мышцам крыла, когда нужно стрелять», - говорит соавтор Викрам Айер, докторант кафедры электротехники. «На RoboFly он сообщает крыльям такие вещи, как« хлопай сейчас »или« не хлопай ».»
Тараканы учат роботов карабкаться и бегать
В частности, контроллер посылает напряжение волнами, чтобы имитировать трепетание крыльев реального насекомого.
«Он использует импульсы для формирования волны», - говорит Йоханнес Джеймс, ведущий автор и докторант в области машиностроения. «Чтобы крылья быстро взмахивали вперед, он посылает серию импульсов в быстрой последовательности, а затем замедляет пульсацию, когда вы приближаетесь к вершине волны. И затем он делает это в обратном порядке, чтобы крылья плавно взмахивали в другом направлении ».
На данный момент RoboFly может только взлететь и приземлиться. Как только его фотоэлемент находится вне прямой видимости лазера, у робота заканчивается энергия и приземляется. Но команда надеется, что скоро сможет управлять лазером, чтобы RoboFly мог парить и летать.
RoboFly немного больше, чем настоящая муха. (Предоставлено: Mark Stone / U. Washington)
В то время как RoboFly в настоящее время работает от лазерного луча, в будущих версиях могут использоваться крошечные батареи или собирать энергию из радиочастотных сигналов, говорит Голлакота. Таким образом, их источник питания может быть изменен для конкретных задач.
По словам Фуллера, Future RoboFlies также может рассчитывать на более совершенные системы мозга и сенсоров, которые помогут роботам ориентироваться и выполнять свои задачи самостоятельно.
«Мне бы очень хотелось сделать тот, который обнаружит утечки метана», - говорит он. «Вы можете купить чемодан, полный их, открыть его, и они будут летать вокруг вашего здания в поисках газовых потоков, выходящих из протекающих труб. Если эти роботы смогут легко обнаружить утечки, они с большей вероятностью будут исправлены, что сократит выбросы парниковых газов.
«Это вдохновлено настоящими мухами, которые действительно умеют летать в поисках вонючих вещей. Поэтому мы считаем, что это хорошее приложение для нашего RoboFly ».
Роботы все еще не могут превзойти крошечные спидстеры природы
Команда представит свои результаты на Международной конференции по робототехнике и автоматизации в Брисбене, Австралия.
Университет штата Вашингтон и студенческая стипендия Microsoft финансировали исследование.
Источник: Университет Вашингтона
Сможем ли мы когда-нибудь заставить их работать без провода?