RoboBee flyver solo—Klipning af strømledningen til den første ubundne flyvning

RoboBee - den insektinspirerede mikrorobot udviklet af forskere ved Harvard University - er blevet det letteste køretøj nogensinde til at opnå vedvarende flyvning uden hjælp fra en strømledning. Efter årtiers arbejde, forskerne opnåede ubundet flyvning ved at foretage flere vigtige ændringer af RoboBee, inklusive tilføjelse af et andet par vinger. Den ændring, sammen med mindre synlige ændringer i aktuatorer og transmissionsforhold, gav RoboBee løft nok til, at forskerne kunne fastgøre solceller og et elektronikpanel.

I Harvard Microrobotics Lab, en sen eftermiddag i august, årtiers forskning kulminerede i et øjebliks stress som den lille, banebrydende Robobee lavede sin første soloflyvning.

Kandidatstuderende Elizabeth Farrell Helbling, Ph.D. '19, og postdoc Noah T. Jafferis fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Graduate School of Arts and Sciences og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering fangede øjeblikket på kamera.

Helbling, som har arbejdet på projektet i seks år, talt ned.

"Tre, to, en, gå."

De lyse halogener tændte, og den solcelledrevne Robobee lancerede i luften. I et skræmmende sekund, den lille robot, stadig uden indbygget styring og kontrol, vendte sig mod lysene.

slukket kamera, udbrød Helbling og afbrød strømmen. Robobee faldt død ud af luften, fanget af sin Kevlar sikkerhedssele.

"Det gik meget tæt på mig, " sagde Helbling, med et nervøst grin.

"Det gik op, "Jafferis, som også har arbejdet på projektet i omkring seks år, svarede begejstret fra højhastighedskameraets monitor, hvor han optog testen.

Og dermed Harvard Universitys Robobee nåede sin seneste store milepæl - ved at blive det letteste køretøj nogensinde til at opnå vedvarende ubundet flyvning.

"Dette er et resultat flere årtier undervejs, " sagde Robert Wood, Charles River professor i ingeniørvidenskab og anvendt videnskab ved SEAS, Kernefakultetsmedlem af Wyss Institute og hovedefterforsker af Robobee-projektet. "At drive flyvning er noget af en Catch-22, da afvejningen mellem masse og kraft bliver ekstremt problematisk i små skalaer, hvor flyvning i sagens natur er ineffektiv. Det hjælper ikke, at selv de mindste kommercielt tilgængelige batterier vejer meget mere end robotten. Vi har udviklede strategier til at løse denne udfordring ved at øge køretøjernes effektivitet, skabe ekstremt lette strømkredsløb, og integration af højeffektive solceller."

Milepælen er beskrevet i Natur .

For at opnå ubundet flyvning, denne seneste iteration af Robobee undergik flere vigtige ændringer, inklusive tilføjelse af et andet par vinger.

"Ændringen fra to til fire vinger, sammen med mindre synlige ændringer i aktuator og transmissionsforhold, gjort køretøjet mere effektivt, gav det mere løft, og gav os mulighed for at sætte alt, hvad vi har brug for ombord uden at bruge mere strøm, " sagde Jafferis.

(Tilføjelsen af ​​vingerne gav også denne Robobee kælenavnet X-Wing, efter de firefløjede starfighters fra Star Wars.)

Det ekstra løft, uden yderligere strømkrav, gjorde det muligt for forskerne at klippe netledningen over - hvilket har holdt Robobee tøjret i næsten et årti - og fastgøre solceller og et elektronikpanel til køretøjet.

Solcellerne, den mindste kommercielt tilgængelige, veje 10 milligram hver og få 0,76 milliwatt per milligram strøm, når solen er ved fuld intensitet. Robobee X-Wing har brug for kraften fra omkring tre jordsole for at flyve, gør udendørsflyvning uden for rækkevidde for nu. I stedet, forskerne simulerer dette niveau af sollys i laboratoriet med halogenlys.

Solcellerne er forbundet til et elektronikpanel under bien, som konverterer lavspændingssignalerne fra solpanelet til højspændingsdrivsignaler, der er nødvendige for at styre aktuatorerne. Solcellerne sidder omkring tre centimeter over vingerne, for at undgå interferens.

I alt, det endelige køretøj, med solceller og elektronik, vejer 259 milligram (ca. en kvart papirclips) og bruger omkring 120 milliwatt strøm, hvilket er mindre strøm end det ville tage at tænde en enkelt pære på en perlerække af LED julelys.

"Når du ser teknik i film, hvis noget ikke virker, folk hacker på det en eller to gange, og pludselig virker det. Virkelig videnskab er ikke sådan, " sagde Helbling. "Vi hackede på dette problem på alle måder for endelig at opnå det, vi gjorde. Til sidst, det er ret spændende."

Forskerne vil fortsætte med at hacke sig væk, sigter på at nedbringe strømmen og tilføje kontrol om bord for at sætte Robobee i stand til at flyve udenfor.

"I løbet af dette projekts levetid har vi sekventielt udviklet løsninger på udfordrende problemer, som hvordan man bygger komplekse enheder i millimeterskala, hvordan man skaber højtydende millimeterskala kunstige muskler, bioinspirerede designs, og nye sensorer, og flyvekontrolstrategier, " sagde Wood. "Nu hvor strømløsninger dukker op, næste trin er kontrol om bord. Ud over disse robotter, vi er glade for, at disse underliggende teknologier finder anvendelse på andre områder, såsom minimalt-invasive kirurgiske anordninger, bærbare sensorer, hjælperobotter, og haptiske kommunikationsenheder - for blot at nævne nogle få."