211service.com
Robotinsekt letter
En robotflue i naturlig størrelse er fløjet på Harvard University. Med en vægt på kun 60 milligram, med et vingefang på tre centimeter, er den lille robots bevægelser modelleret efter en rigtig flues. Mens der stadig er meget arbejde at gøre på det mekaniske insekt, siger forskerne, at sådanne små flyvende maskiner en dag kan bruges som spioner eller til at opdage skadelige kemikalier.
Første fly: Denne lille robot vejer kun 60 milligram og har et vingefang på tre centimeter. Det er den første robot, der opnår liftoff, der er modelleret efter en flue og bygget i så lille en skala.
Naturen laver verdens bedste flyvere, siger Robert Wood , leder af Harvards robotflyveprojekt og professor ved universitetets skole for ingeniørvidenskab og anvendte videnskaber.
U.S. Defense Advanced Research Projects Agency finansierer Woods forskning i håb om, at den vil føre til stealth-overvågningsrobotter til slagmarken og bymiljøer. Robottens lille størrelse og flueagtige udseende er afgørende for sådanne missioner. Du ville sandsynligvis ikke bemærke en flue i rummet, men du ville bestemt bemærke en høg, siger Wood.
Det var imidlertid vanskeligt at genskabe en flues effektive bevægelser i en robot på størrelse med det rigtige insekt, fordi eksisterende fremstillingsprocesser ikke kunne bruges til at lave de robuste, lette dele, der krævedes. De motorer, lejer og led, der typisk bruges til robotter i stor skala, ville ikke fungere til noget på størrelse med en flue. Blot at nedskalere eksisterende makroskalateknikker vil ikke komme tæt på den ydeevne, vi har brug for, siger Wood.
Multimedier
Se fluen lette.
Se vingen bevæge sig i slowmotion.
Nogle ekstremt små dele kan fremstilles ved hjælp af processerne til at skabe mikroelektromekaniske systemer. Men sådanne processer kræver meget tid og penge. Wood og hans kolleger ved University of California, Berkeley, havde brug for en billig, hurtig fremstillingsproces, så de nemt kunne producere forskellige iterationer af deres design.
I sidste ende udviklede holdet sin egen fremstillingsproces. Ved hjælp af lasermikrobearbejdning skærer forskere tynde plader af kulfiber i todimensionelle mønstre, der er nøjagtige til et par mikrometer. Ark af polymer skæres ved hjælp af samme proces. Ved omhyggeligt at arrangere pladerne af kulfiber og polymer er forskerne i stand til at skabe funktionelle dele.
For at skabe en bøjningsfuge arrangerer forskerne for eksempel to bittesmå stykker kulstofkomposit og efterlader et hul imellem. De tilføjer derefter et ark polymer vinkelret på tværs af de to kulstofstykker, som en bordplade på to korte ben. To nye stykker kulfiber placeres i hver ende af polymeren som et sidste toplag. Når alle stykkerne er hærdet sammen, ligner den resulterende del bogstavet H: midten er fleksibel, men siderne er stive.
Ved at sætte mange små carbon-polymer-stykker sammen, er forskerne i stand til at skabe ret komplicerede dele, der kan bøjes og rotere præcist efter behov. For at lave dele, der vil bevæge sig som reaktion på elektriske signaler, inkorporerer forskerne elektroaktive polymerer, som ændrer form, når de udsættes for spænding. Hele fremstillingsprocessen vil blive beskrevet i et papir, der vises i en kommende udgave af Journal of Mechanical Design .
Efter mere end syv års arbejde med at studere flyvedynamik og forbedre forskellige dele, tog Woods flue endelig fart i foråret. Da jeg fik fluen til at lette, hoppede jeg bogstaveligt talt op og ned i laboratoriet, siger han.
Andre forskere har bygget robotter, der efterligner insekter, men dette er den første to-vingede robot bygget i så lille en skala, der kan lette med de samme bevægelser som en rigtig flue. Dynamikken i en sådan flyvning er meget kompliceret og er blevet undersøgt i årevis af forskere som f.eks Ron Fearing , Woods tidligere ph.d.-rådgiver ved University of California, Berkeley. Fearing, der bygger sine egne robotinsekter, siger, at han var meget imponeret over, at Woods insekt kan flyve: Det er bestemt et stort gennembrud. Men Fearing siger, at det er den første af mange udfordringer i at bygge en praktisk flue.
I øjeblikket er Woods flue begrænset af en tøjring, der holder den i bevægelse i en lige opadgående retning. Forskerne arbejder i øjeblikket på en flyvekontroller, så robotten kan bevæge sig i forskellige retninger.
Forskerne arbejder også på en indbygget strømkilde. (I øjeblikket er robotfluen drevet eksternt.) Wood siger, at et nedskaleret lithium-polymer batteri ville give mindre end fem minutters flyvetid.
Små, lette sensorer skal også integreres. Kemiske sensorer kan for eksempel bruges til at detektere giftige stoffer i farlige områder, så folk kan gå ind i området med passende sikkerhedsudstyr. Wood og hans kolleger skal også udvikle softwarerutiner til fluen, så den bliver i stand til at undgå forhindringer.
Alligevel er Wood stolt over at have nået en stor projektmilepæl: flyvning. Det er en ret stor ting, siger han. Mange mennesker troede, at det aldrig ville kunne tage fart.