Robobee recebe pernas inspiradas em mosca do guindaste para touchdowns suaves

O Harvard Robobee demonstra que pode voar, mergulhar e pairar como um inseto real. Mas de que serve o milagre do voo sem uma maneira segura de pousar?

Uma conquista de engenharia histórica do Harvard Microrobotics Laboratory, o Robobee agora está equipado com seu trem de pouso mais confiável até hoje, inspirado em um dos Landers mais graciosos da natureza: a mosca do guindaste.

Publicação em Robótica científicaa equipe liderada por Robert Wood, o professor de engenharia de Harry Lewis e Marlyn McGrath na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de John A. Paulson (SEAS) deu ao robô voador um conjunto de pernas longas e juntas que ajudam a aliviar sua transição de ar para chão.

O robô também recebeu um controlador atualizado que o ajuda a desacelerar na abordagem, resultando em um apagamento suave.

Essas melhorias protegem os delicados atuadores piezoelétricos do robô-os “músculos” densosos em energia implantada para o voo que são facilmente fraturados por forças externas de desembarques e colisões ásperas.

O aterrissagem tem sido problemático para o Robobee devido em parte ao quão pequeno e leve é ​​- levando apenas um décimo de grama, com uma envergadura de 3 centímetros. As iterações anteriores sofriam de efeito significativo do solo, ou instabilidade como resultado de vórtices aéreos de suas asas batendo-assim como os vendavais de força total voltados para a direção do solo gerados por hélices de helicóptero.

“Anteriormente, se fôssemos um pouso, desligaríamos o veículo um pouco acima do solo e apenas o soltaríamos, e oramos para que ele aterrasse na vertical e com segurança”, explicou o co-primeiro autor Christian Chan, um estudante de graduação que liderou o redesenho mecânico do robô.

Seu artigo descreve a melhoria do controlador do robô, ou cérebro, para se adaptar aos efeitos do solo à medida que se aproxima, um esforço liderado pelo co-primeiro autor e ex-pesquisador de pós-doutorado Nak-Seung Patrick Hyun. Testes de desembarque controlado por LED Hyun em uma folha e superfícies rígidas.

“O pouso bem -sucedido de qualquer veículo voador depende de minimizar a velocidade à medida que se aproxima da superfície antes do impacto e a dissipação de energia rapidamente após o impacto”, disse Hyun, agora professor assistente da Universidade de Purdue.

“Mesmo com as pequenas abas de asa de Robobee, o efeito do solo é não negligenciável ao voar perto da superfície, e as coisas podem piorar após o impacto à medida que ele salta e cai”.

O laboratório procurou para a natureza para inspirar atualizações mecânicas em busca de vôo hábil e pouso gracioso em uma variedade de terrenos. Eles escolheram a mosca do guindaste, o inseto relativamente lento e inofensivo que emerge da primavera ao outono e é frequentemente confundido com um mosquito gigante.

“O tamanho e a escala da envergadura e do tamanho do corpo da nossa plataforma eram bastante semelhantes às moscas do guindaste”, disse Chan.

Eles observaram os apêndices longos e articulados de Crane Flies que provavelmente dão aos insetos a capacidade de amortecer seus desembarques. As moscas do Crane são ainda mais caracterizadas por seus voos de curta duração-muito de sua breve vida útil adulta (dias a algumas semanas) é gasta pousar e decolar.

Considerando os registros de espécimes do Banco de Dados de Zoologia Comparativos de Harvard, a equipe criou protótipos de diferentes arquiteturas das pernas, estabelecendo projetos semelhantes à segmentação e localização conjunta das pernas de uma mosca de Crane. O laboratório usou os métodos de fabricação pioneiros no Laboratório de Microrobóticos de Harvard para adaptar a rigidez e o amortecimento de cada articulação.

A pesquisadora e co-autora de pós-doutorado Alyssa Hernandez trouxe sua experiência em biologia ao projeto, tendo recebido seu doutorado. Do Departamento de Biologia Organismica e Evolutiva de Harvard, onde estudou locomoção de insetos.

“Robobee é uma excelente plataforma para explorar a interface da biologia e da robótica”, disse Hernandez.

“A busca de bioinspiração dentro da incrível diversidade de insetos nos oferece inúmeras avenidas para continuar melhorando o robô. Reciprocamente, podemos usar essas plataformas robóticas como ferramentas para pesquisas biológicas, produzindo estudos que testam hipóteses biomecânicas”.

Atualmente, o Robobee permanece amarrado a sistemas de controle de bordo. A equipe continuará a se concentrar em dimensionar o veículo e incorporar eletrônicos a bordo para dar ao sensor de robô, poder e controle de autonomia-um santo graal de três frentes que permitiria que a plataforma Robobee realmente decolasse.

“O objetivo de longo prazo é total autonomia, mas, nesse ínterim, estamos trabalhando com desafios para componentes elétricos e mecânicos usando dispositivos amarrados”, disse Wood. “Os tethers de segurança estavam, sem surpresa, atrapalhando nossos experimentos e, portanto, o pouso seguro é um passo crítico para remover esses amarras”.

O tamanho diminuto do Robobee e as proezas de vôo semelhantes a insetos oferecem possibilidades intrigantes para futuras aplicações, incluindo monitoramento ambiental e vigilância de desastres. Entre as aplicações potenciais favoritas de Chan está a polinização artificial – enxames de robobes em torno de fazendas e jardins verticais do futuro.