Исследователи из WSU представили робота, который может летать во всех направлениях

В пресс-релизе Washington State University (WSU) заявляется, что разработанный прототип роботизированной пчелы Bee++ является первым роботом, который может стабильно летать во всех направлениях. Bee++ имеет четыре крыла из углеродного волокна и майлара, а также четыре легких актуатора для управления каждым крылом.

Исследование проводилось под руководством Нестора О. Переса-Арансибиа, доцента кафедры механики и материаловедения WSU, работа опубликована в журнале IEEE Transactions on Robotics. Перес-Арансибиа представит результаты на IEEE International Conference on Robotics and Automation в конце этого месяца.

Исследователи пытаются создать искусственных летающих насекомых уже более 30 лет, говорит Перес-Арансибия. Когда-нибудь их можно будет использовать для многих целей, в том числе для искусственного опыления, поиска и спасения в стесненных условиях, биологических исследований или мониторинга окружающей среды, в том числе в неблагоприятных условиях. Но для того, чтобы заставить крошечных роботов взлетать и садиться, потребовалось разработать контроллеры, которые действуют так же, как мозг насекомого.

Изначально исследователи разработали двукрылую роботизированную пчелу, но она была ограничена в своих движениях. В 2019 году Перес-Арансибия и два его аспиранта впервые создали четырехкрылого робота, достаточно легкого, чтобы взлететь. Ученые обеспечили возможность выполнения двух маневров, наклон и вращение. В первом случае передние крылья машут отлично от задних, а во втором правые крылья машут отлично от левых, создавая крутящий момент. Но возможность управлять сложным движением рысканья чрезвычайно важна, сказал он. Без этого роботы выходят из-под контроля, не могут сфокусироваться на точке. В результате они разбиваются.

«Если вы не можете управлять рысканьем, вы очень ограничены, — говорит Перес-Арансибия. — Если вы пчела, вот цветок, но если вы не можете управлять рысканьем, вы все время вращаетесь, пытаясь добраться до него».

Наличие всех степеней подвижности также критически важно для маневров уклонения или отслеживания объектов.

«Система очень нестабильна, и проблема очень сложна, — сказал он. — В течение многих лет у людей были теоретические идеи о том, как управлять рысканьем, но никто не мог этого добиться из-за ограничений в управлении».

Чтобы робот мог контролируемо поворачиваться, исследователи взяли пример с насекомых и переместили крылья так, чтобы они хлопали под углом. Они также увеличили количество раз в секунду, когда робот может махать крыльями — со 100 до 160 раз в секунду.

«Частью решения была физическая конструкция робота, а также мы придумали новую конструкцию контроллера — мозга, который говорит роботу, что делать», — сказал он.

При весе 95 мг и размахе крыльев 33 мм, Bee++ все же больше, чем настоящие пчелы, которые весят около 10 мг. В текущей итерации робот может летать автономно около пяти минут на одном заряде, поэтому в основном он привязан к источнику питания через кабель.