En samlende tilgang til bekæmpelse af flyvende robotinsekter

Et af de vigtigste problemer, forskere står over for inden for mikrorobotik, er at designe og implementere pålidelige controllere til mikroluftfartøjer i insektskala (FWMAV'er), som er små flyvende robotter, der typisk er inspireret af insekter. Faktisk, selvom disse robotter i insektstørrelse kunne have mange nyttige applikationer, for eksempel, at hjælpe mennesker i eftersøgnings- og redningsmissioner eller i landbruget, at udvikle controllere, der matcher deres størrelse og struktur, har indtil videre vist sig at være svært.

Forskere ved University of Southern California (USC) har for nylig gennemført en undersøgelse, der undersøger udfordringerne ved at designe disse controllere. I deres papir, forudgivet på arXiv, de introducerer en ny samlende tilgang, der kunne informere udviklingen af ​​mere effektive teknikker til kontrol af FWMAV'er. Forskerne bag undersøgelsen er en del af det autonome mikrorobotsystemlaboratorium (AMSL), som er arvtageren til en forskningslinje, der startede på UC Berkeley for mere end 20 år siden, fortsatte på Harvard fra 2005 og ankom til USC i 2013.

"Vi, som et hold, deler den samme drøm som mange i mikrorobottersamfundet; visionen om at skabe fuldt autonome kunstige insekter, der kan fungere intelligent i meget ustrukturerede miljøer, " Prof. Nestor O Perez-Arancibia, den primære investigator (PI) for undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Personligt, Jeg er inspireret af naturen. Vores maskiner, herunder Bee+, hvilket er et fantastisk stykke ingeniørkunst, halter stadig bagefter rigtige insekter med hensyn til kunstflyvning, aktivering, fornemmelse, regnekraft, etc."

Perez-Arancibia har forsket i mikrorobotsystemer i flere år. Han mener, at alle menneskeskabte maskiner i sidste ende kunne blive forbedret, hvis man henter inspiration fra naturen, for eksempel ved at observere og replikere biers adfærd eller egenskaber, sommerfugle og myg.

I deres undersøgelse, Perez-Arancibia og hans kolleger undersøgte bekæmpelsen af ​​flyvende insekter ved hjælp af to forskellige eksperimentelle platforme:en bi-lignende to-vinget robot og den fire-vingede Bee+ mikrorobot udviklet ved USC. I en række eksperimenter, de var i stand til at demonstrere, at en teknik, der anvender quaternion-koordinater til attitudekontrol, som er designet til at styre ubemandede køretøjer med fire rotorer, kan anvendes til at drive begge disse robotinsekter.

"Vi var i stand til at forenkle noget, som mange forskere ser som meget svært, " sagde Perez-Arancibia. "Jeg kan godt lide at tro, at dette er et tilfælde, hvor intelligent modellering (dvs. ved at se på problemet fra et nyt og 'bedre' perspektiv), vi kan forstå og analysere tilsyneladende vanskelige komplekse fænomener, der kan hjælpe os med at udvikle bedre robotdesign, især med hensyn til aerodynamisk kraftgenerering, mekanisme konfiguration og aktivering."

Resultaterne af testene udført af Perez-Arancibia og hans kolleger antyder, at den generiske strategi, de indførte, kan bruges til at kontrollere forskellige typer kunstige insekter, der har nogle fælles egenskaber. Mens de specifikt demonstrerede effektiviteten af ​​denne strategi på en tovinget robot og den firevingede Bee+ robot, det kan potentielt også anvendes på andre insektlignende mikrorobotter.

Perez-Arancibia mener, at ved at følge en kontrolmetode på højt niveau, der afkobler problemerne med aktivering og flyvekontrol, det er muligt at identificere generelle algoritmer, der kan anvendes på flere platforme. For eksempel, denne tilgang kunne give forskere mulighed for at udvikle nye algoritmer til aerobatisk flyvning ved hjælp af 19-grams kvadrotorer, som efterfølgende kunne implementeres på en 95-milligram, firefløjet Bee+.

"Dette er relevant, fordi efterhånden som robotflyers bliver mindre, de bliver også sværere at fremstille, vanskeligere at håndtere og dyrere, sagde Perez-Arancibia. Derfor som vist i vores avis, det faktum, at den samme tilgang kan anvendes til at syntetisere controllere til platforme med vægtforskelle på så store som to størrelsesordener, er signifikant og relevant både fra forskningsmæssige og praktiske perspektiver. "

I fremtiden, den tilgang, der blev introduceret af dette team af forskere ved USC, kunne informere design og implementering af nye controllere til insektlignende mikrorobotter. Ud over, i løbet af de næste par måneder, Perez-Arancibia og hans kolleger vil arbejde på et andet projekt med det formål at skabe det allerførste helt autonome subgram flyvende kunstige insekt.

"I øjeblikket, den vigtigste begrænsning, der har forhindret mikrorobotter i at opnå autonom flyvning på sub-gram-skalaen, er de ekstremt lave energitætheder af elektriske batterier, " sagde Perez-Arancibia. "Vi vil opnå autonomi ved at bruge kunstige muskler drevet af katalytiske reaktioner."

© 2019 Science X Network