Ny flyvende robot efterligner hurtig insektflugt

En ny insekt-inspireret flyvende robot, udviklet af TU Delft-forskere fra Micro Air Vehicle Laboratory (MAVLab), præsenteres i Videnskab (14. september 2018). Eksperimenter med denne første autonome, fritflyvende og adræt flaksende-vinge-robot forbedrer forståelsen af, hvordan frugtfluer styrer aggressive flugtmanøvrer. Ud over dets potentiale inden for insektflyvningsforskning, robottens exceptionelle flyveegenskaber åbner op for nye droneapplikationer.

Flyvende dyr både magter og kontrollerer flyvningen ved at slå med vingerne. Dette gør det muligt for små naturlige flyers såsom insekter at svæve tæt på en blomst, men også for at undslippe fare hurtigt. Dyreflugt har altid tiltrukket sig biologers opmærksomhed, som ikke kun studerer deres komplekse vingebevægelsesmønstre og aerodynamik, men også deres sensoriske og neuromotoriske systemer under sådanne agile manøvrer. For nylig, flyvende dyr er også blevet en inspirationskilde for robotforskere, som forsøger at udvikle lette flyvende robotter, der er adrætte, strømeffektiv og endda skalerbar til insektstørrelser.

TU Delft-forskere fra MAVLab har udviklet en ny insekt-inspireret flyvende robot; hidtil uovertruffen i sin præstation, med et enkelt og let at producere design. Som i flyvende insekter, robottens flagrende vinger, slår 17 gange i sekundet, ikke kun generere den løftekraft, der er nødvendig for at forblive i luften, men også styre flyvningen via mindre justeringer i vingebevægelsen. Inspireret af frugtfluer, robottens kontrolmekanismer har vist sig at være yderst effektive, giver den mulighed for at svæve på stedet og flyve i enhver retning med høj smidighed.

"Roboten har en tophastighed på 25 km/t og kan endda udføre aggressive manøvrer, såsom 360-graders vendinger, der ligner sløjfer og tønderuller, " siger Matěj Karásek, den første forfatter til undersøgelsen og hoveddesigneren af ​​robotten. "I øvrigt, 33 cm vingespænd og 29 gram robot har fremragende strømeffektivitet i forhold til sin størrelse, tillader fem minutters svæveflyvning eller mere end 1 km flyveafstand på et fuldt opladet batteri."

Forskning om frugtflue -flugtmanøvrer

Robottens flyvepræstationer, kombineret med dets programmerbarhed, gør den også velegnet til forskning i insektflyvning. Til denne ende, TU Delft har samarbejdet med Wageningen University. "Da jeg første gang så robotten flyve, Jeg var overrasket over, hvor meget dens flugt lignede insekters, især ved manøvrering. Jeg troede med det samme, at vi faktisk kunne bruge det til at forske i insektflyvekontrol og dynamik, "siger prof. Florian Muijres fra gruppen Experimental Zoology ved Wageningen University &Research. På grund af professor Muijres tidligere arbejde med frugtfluer, holdet besluttede at programmere robotten til at efterligne insekternes hypotesekontrolhandlinger under flugtmanøvrer med høj smidighed, som dem for at undgå swatting.

De manøvrer, robotten udførte, lignede dem, der blev observeret i frugtfluer. Robotten var endda i stand til at demonstrere, hvordan frugtfluer styrer vendevinklen for at maksimere deres flugtydelse. "I modsætning til dyreforsøg, vi havde fuld kontrol over, hvad der skete i robottens "hjerne". Dette gjorde det muligt for os at identificere og beskrive en ny passiv aerodynamisk mekanisme, der hjælper fluerne, men muligvis også andre flyvende dyr, ved at styre deres retning gennem disse hurtige sving, " tilføjer Karásek.

Potentiale for fremtidige applikationer

MAVLab har udviklet insekt-inspirerede flyvende robotter i over 10 år inden for DelFly-projektet. MAVLabs videnskabelige leder, Prof. Guido de Croon, siger, "Insekt-inspirerede droner har et stort potentiale for nye applikationer, da de er lette, sikkert omkring mennesker, og er i stand til at flyve mere effektivt end mere traditionelle dronedesigns, især i mindre skalaer. Imidlertid, indtil nu, disse flyvende robotter havde ikke tilstrækkelig smidighed, og de krævede en alt for kompleks fremstillingsproces." Robotten i denne undersøgelse, navngivet DelFly Nimble, bygger på etablerede fremstillingsmetoder, bruger komponenter på hylden, og dens flyveudholdenhed er lang nok til at være af interesse for applikationer i den virkelige verden.

DelFly Nimble vil blive videreudviklet inden for TTW-projektet, "Så kvik som en bi, "som er et samarbejde mellem TU Delft og Wageningen University, finansieret af den hollandske videnskabsfond NWO.