كيف يتم التحكم في طيران الروبوتات الحشرية؟

كيفية التحكم في ذبابة روبوتات الحشرات
كيفية التحكم في ذبابة روبوتات الحشرات

يمكن للروبوتات التي يمكنها الطيران وصغيرة الحجم مثل الحشرات الصغيرة أن يكون لها استخدامات عملية مفيدة للغاية ، مثل المساعدة في عمليات البحث والإنقاذ والتحقيقات في مواقع الخطر.

على الرغم من إمكاناتها ، فإن هذه الروبوتات لم تتحقق بالكامل بعد ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى الصعوبات التكنولوجية التي واجهتها عند محاولة تحقيق الاستقرار في طيرانها وتقليد قدرات التحليق الطبيعية للحشرات ميكانيكيًا.

يمكن لنظام جديد للتحكم في الطيران واستشعار الرياح طوره باحثو جامعة واشنطن أن يساعد في حل هذا التحدي الروبوتي الصعب وتمكين الروبوتات الصغيرة مثل البعوض من الطيران بثبات لأول مرة. مقياس التسارع (مستشعر يمكنه قياس تسارع أي آلة أو جسم أو جسم متحرك) هو أساس هذا النظام ، الذي تم وصفه لأول مرة في Science Robotics.

قال سوير فولر ، أحد الباحثين الذين قادوا الدراسة: "لما يقرب من 40 عامًا ، كان علماء الروبوتات وخبراء التصنيع الدقيق يحلمون ببناء روبوتات" بحجم البعوض "تزن بضعة ميكروغرامات ، وقد تم اقتراح هذا لأول مرة من قبل أنيتا فلين في بيركلي".

لاحقًا ، دعا فلين ورودني بروكس إلى إرسال روبوتات صغيرة تُعرف باسم "الغبار الذكي" لدراسة النظام الشمسي في مقالهما المسلّي ، "سريع ، ورخيص ، وخارج نطاق السيطرة: الغزو الآلي للنظام الشمسي". ستكون هذه الروبوتات أصغر بكثير من ذبابة UW Robofly بحجم 100 ملجم طورها الطلاب في مختبري حتى الآن ".

كان باحثون من جامعة بيركلي ومختبرات أبحاث الجيش من بين أولئك الذين نجحوا في السنوات الأخيرة في محاولات لتطوير أنظمة تشغيل للروبوتات بحجم حشرة 10 ملجم أو أقل. ولكن حتى الآن ، كان من الصعب تحقيق الاستقرار والتحكم في طيران هذه الروبوتات الصغيرة للغاية.

وفقًا لفولر ، بدون إدارة التغذية الراجعة ، عادةً ما تكون الروبوتات الصغيرة والطائرات بدون طيار غير مستقرة. "عندما تفتح الشفرات أو الدوارات ، تسقط بسرعة من السماء. النظرية هي أن الذباب يستخدم الدمبل الجيروسكوبي كرد فعل للتعويض عن ذلك. لذا فإن إضافة جيروسكوب إلى بنية الروبوت ستكون إجابة واضحة ".

يمكن دمج الجيروسكوبات لمساعدة الروبوتات الطائرة الصغيرة على الطيران ، لكن الجيروسكوبات الموجودة حاليًا في السوق ليست فعالة أو خفيفة بقدر ما يحتاجون إليها للطيران على مثل هذه الأجهزة خفيفة الوزن. حجم البعوضة الكاملة ، يزن الروبوت 15 ملليجرام ، أي 5 ملليجرام أكثر من أخف جيروسكوب تم تصنيعه على الإطلاق.

قال فولر: "اكتشفت في عملي للدكتوراه أن الذباب يستخدم حاسة الرياح من قرون الاستشعار على شكل ريشة لتوجيه رحلته ، ومن هنا تأتي إجابتنا". في هذه الدراسة ، أوضحنا أنه من الممكن قياس سرعة الهواء كما يفعل الذباب ، باستخدام نوع مختلف من أجهزة الاستشعار ، مقياس التسارع.

ميزته الرئيسية هي أن مقاييس التسارع هي في الأساس أكثر إحكاما وفعالية من الجيروسكوبات. تأتي في عبوة تزن 2 ملجم فقط ومتوفرة بسهولة على الرف.

تعد مقاييس التسارع أخف بكثير من أجهزة الجيروسكوب ، وعند استخدامها مع المحاكاة الدقيقة لديناميكيات الروبوت ، يمكن أيضًا استخدامها لتقدير زاوية ميل الروبوتات أثناء الطيران. كما تم إشراك مستشعر تدفق ضوئي خفيف الوزن وجهاز كمبيوتر صغير في تصميم فولر وزملائه لتحديد ارتفاع الروبوت وقوة الرياح.

قال فولر: "بمقارنة استجابة نظامنا المحاكاة لعاصفة من الرياح باستجابة ذباب الفاكهة لنفس الريح ، وجدنا أن النظامين استجابا بشكل مشابه تمامًا".

يمكننا الآن اختبار نظرية مثيرة للاهتمام للتحكم في طيران الحشرات. على وجه الخصوص ، تشير إلى أن الحشرات الطائرة التي لا تحتوي على جيروسكوب ، مثل النحل والعث ، يمكن أن تستشعر الرياح بهوائياتها وتتحكم في ديناميكيات طيرانها غير المنتظمة ".

باستخدام روبوت يبلغ وزنه 30 جرامًا ، قام فولر وزملاؤه بتقييم نظامهم في عمليات محاكاة وتجارب حقيقية ووجدوا أنه يمكن أن يثبّت رحلته بنجاح ويحاكي ديناميكيات طيران ذباب الفاكهة بدقة. يخططون لاستخدام واختبار هذا النظام على عدد من الروبوتات الطائرة المختلفة في المستقبل ، بما في ذلك الروبوتات التي تزن 10 ملليجرام أو أقل.

وتابع فولر: "لقد تمكنا من تطوير نظام ثابت للتحكم في الطيران يعتمد على الأجزاء المتاحة تجاريًا وصغيرة بما يكفي لروبوت بحجم البعوض". "يمكن تعديل نهجنا للعمل مع الروبوتات الأكبر حجمًا مثل 100mg UW Robofly ، مما يوفر حمولة إضافية لبطارية أكبر أو المزيد من أجهزة الاستشعار. نحن نخطط لإثبات ذلك من خلال التحليق فوق UW Robofly في تحقيقاتنا القادمة ".

المصدر: techxplore - Sawyer Fuller et al ، نظام التحكم في الطيران بالقصور الذاتي المرئي الخالي من الجيروسكوب واستشعار الرياح لروبوتات 10 ملغ ، Science Robotics (2022). DOI: 10.1126 / scirobotics.abq8184

Günceleme: 13/12/2022 20:51

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz