Исследователи продвигают полет насекомых

В течение двух лет исследователи из Вашингтонского университета в Сиэтле намерены провести летные испытания пакета коммерческих датчиков управления полетом на RoboFly, что уже продвинуло область исследований дронов, вдохновленных насекомыми. В конечном счете, эта технология может помочь обеспечить возможность полета роботов размером с комара, которых можно будет дешево использовать тысячами для различных миссий, включая поиск и спасение, исследования окружающей среды и освоение космоса.

Целью фундаментального исследования является изучение возможностей управления полетом самых маленьких летательных аппаратов, особенно тех, которые весят менее одного грамма. Полет затруднен для маленьких ботов отчасти из-за ограничений по размеру, весу и мощности необходимого оборудования. Выполнение управляемого полета без обратной связи от внешних датчиков было непростой задачей.

Маневры парения, характерные для насекомых, особенно сложны для имитации миниатюрными машинами. «В нынешнем состоянии техники для зависания маленьких роботов используются лазерный дальномер, а также гироскоп, которые очень тяжелые, очень энергоемкие и очень большие», — объяснил Чжитао Ю, аспирант Вашингтонского университета и научный сотрудник. который был соавтором статьи.

Команда Вашингтонского университета применила новый подход, вдохновленный способностью мух чувствовать ветер с помощью своих перьевых усиков, чтобы они могли управлять полетом. Исследователи измеряли скорость воздуха с помощью двухмиллиграммового акселерометра, созданного компанией mCube Incorporated, Сан-Хосе, Калифорния. Они объединили его с микроконтроллером и камерой оптического потока OVM6948 от Omnivision Incorporated, Санта-Клара, Калифорния. Они протестировали свою концепцию с помощью дрона Crazyflie 2.1 размером с ладонь, созданного компанией Bitcraze, штаб-квартира которой находится в Швеции.

Исследователи объявили о результатах экспериментов и моделирования в статье, опубликованной в журнале Science Robotics, соавторами которой являются Ю, Сойер Фуллер и Яш Талвекар. «Самый маленький робот, выполняющий контролируемое зависание, использует набор датчиков весом в сотни миллиграммов. Здесь мы демонстрируем, что акселерометр представляет собой, пожалуй, самый прямой способ стабилизировать полет, одновременно удовлетворяя экстремальным ограничениям по размеру, скорости, весу и мощности летающего робота, даже если он уменьшен до нескольких миллиграммов», — написали они во введении. .

Ю отметил, что работающий бот-комар потребует дополнительных аппаратных усовершенствований. «Эта статья является важным шагом на пути к созданию летающего робота-комара. Возможно, мы сможем построить робота, который будет весить около 10 миллиграммов. Это как рисовое зерно», — сказал он. «Это очень сложно построить, но в этой статье выясняется, сможем ли мы построить сенсорную систему для стабилизации робота-комара в воздухе».

Замена более тяжелого оборудования была лишь частью проблемы. Чтобы система работала, исследователям также пришлось разработать программное обеспечение, достаточно эффективное для выполнения этой работы. «Со стороны алгоритма также есть некоторые проблемы, например, как сделать оценку оптического потока достаточно эффективной без большого энергопотребления», — добавил Ю.

Следующим шагом, который, вероятно, произойдет в течение одного или двух лет, будет тестирование решения на собственном RoboFly команды Вашингтонского университета, который приводится в действие лазерным лучом. Согласно пресс-релизу университета, опубликованному в 2018 году, RoboFly был первым роботом размером с насекомое, который летал без привязки к проводам. Чтобы перерезать электрический шнур, исследователи использовали крошечную бортовую схему для преобразования энергии лазера в электричество для управления крыльями. «Раньше концепция беспроводных летающих роботов размером с насекомое была научной фантастикой. Наш новый беспроводной RoboFly показывает, что они намного ближе к реальной жизни», — заявил в пресс-релизе Фуллер, доцент и исследователь обоих проектов.

RoboFly весит около 100 миллиграммов, чуть больше зубочистки, и успешный полет приблизит исследователей на шаг к созданию системы размером с комара. «Мы работаем над этим. Мы занимаемся установкой акселерометра и камеры на RoboFly и занимаемся программно-аппаратным интерфейсом и прошивкой. Я думаю, что через один-два года мы сможем это протестировать», — предложил Ю.