RoboBee

Flera RoboBees sitter på marken, medan en annan hålls i pincett med vingarna aktiverade.

RoboBee är en liten robot som kan flyga delvis löst , utvecklad av ett forskningsteam för robotteknik vid Harvard University . Kulmen på tolv års forskning löste RoboBee två viktiga tekniska utmaningar inom mikrorobotik . Ingenjörer uppfann en process inspirerad av popup-böcker som gjorde att de kunde bygga på en sub-millimeterskala exakt och effektivt. För att uppnå flykt skapade de konstgjorda muskler som kunde slå vingarna 120 gånger per sekund.

Målet med RoboBee - projektet är att skapa en helt autonom svärm av flygande robotar för tillämpningar som sök och räddning , övervakning och artificiell pollinering . För att göra detta möjligt måste forskare ta reda på hur man får strömförsörjning och beslutsfattande funktioner, som för närvarande levereras till roboten via en liten tjuder som är integrerad med huvudkroppen.

RoboBees vingspann på 3 centimeter (1,2 tum) gör den till den minsta konstgjorda enheten som är modellerad på en insekt för att kunna flyga.

Historia

I mer än ett decennium har forskare vid Harvard University arbetat med att utveckla små flygande robotar. United States Defense Advanced Research Projects Agency finansierade tidig forskning i hopp om att det skulle leda till smygövervakningslösningar för slagfältet och urbana situationer. Inspirerad av en flugas biologi fokuserade tidiga ansträngningar på att få roboten i luften. Flygning uppnåddes 2007, men framåtrörelse krävde en riktlinje eftersom det inte var möjligt att bygga kontrollmekanismer ombord. UC Berkeleys robotteknikforskare Ron Fearing kallade prestationen "ett stort genombrott" för robotik i mikroskala.

Konceptet med flygsystem i mikroskala var inte nytt. " DelFly " (3,07 g) var kapabel till obunden självkontrollerad framåtflygning, medan mikromekaniska flygande insektsforskningsenheter (0,1 kg) hade tillräcklig kraft för att sväva, men saknade självupprätthållande flygkapacitet.

Baserat på löftet om de tidiga robotflugexperimenten, lanserades RoboBee-projektet 2009 för att undersöka vad som skulle krävas för att "skapa en robotbikoloni".

Att uppnå kontrollerad flygning visade sig vara oerhört svårt, vilket krävde ansträngningar från en mångfaldig grupp: synexperter, biologer, materialforskare, elektroingenjörer. Under sommaren 2012 löste forskarna viktiga tekniska utmaningar som gjorde att deras robotskapande, med smeknamnet RoboBee, kunde ta sin första kontrollerade flygning. Resultaten av deras forskning publicerades i Science i början av maj 2013.

Designutmaningar

Enligt RoboBee-forskarna var tidigare försök att miniatyrisera robotar till föga hjälp för dem eftersom RoboBees ringa storlek förändrar karaktären hos de krafter som spelar. Ingenjörer var tvungna att ta reda på hur man bygger utan roterande motorer , växlar och muttrar och bultar , som inte är lönsamma i så liten skala. 2011 utvecklade de en teknik där de klippte design från platta ark, lade upp dem i lager och vek ihop kreationen till form. Lim användes för att hålla ihop de vikta delarna, analogt med origami . Tekniken ersatte tidigare som var långsammare och mindre exakta och använde mindre hållbara material. Tillverkningsprocessen, inspirerad av popup-böcker , möjliggör snabb produktion av prototyper av RoboBee-enheter. [1]

I mikroskala kan en liten mängd turbulens ha en dramatisk inverkan på flygningen. För att övervinna det var forskare tvungna att få RoboBee att reagera mycket snabbt. För vingarna byggde de " konstgjorda muskler " med hjälp av ett piezoelektriskt manöverdon - en tunn keramisk remsa som drar ihop sig när elektrisk ström går över den. Tunna plastgångjärn fungerar som leder som tillåter rotationsrörelser i vingarna. Designen gör att robotarna kan generera en effekt som är jämförbar med en insekt av samma storlek. Varje vinge kan styras separat i realtid.

Det slutliga målet med projektet är att skapa kolonier av helt autonoma och trådlösa RoboBees. Från och med 2013 är två problem fortfarande olösta. För det första är roboten för liten för även de minsta inkapslade mikrochipsen , vilket innebär att det inte finns något sätt för robotarna att fatta beslut. För närvarande har RoboBee inbyggda synsensorer , men data kräver överföring till ett tjudrat "hjärnsubsystem" för tolkning. Arbetet fortsätter med specialiserade hårdvaruacceleratorer i syfte att lösa problemet.

För det andra har forskarna inte kommit på hur de ska få en hållbar strömförsörjning ombord. "Maktfrågan visar sig också vara något av en catch-22 ", anmärkte Wood. "En stor kraftenhet lagrar mer energi men kräver ett större framdrivningssystem för att klara den ökade vikten, vilket i sin tur kräver en ännu större kraftkälla." Istället måste robotarna vara bundna med små sladdar som ger ström och vägbeskrivningar. Ett nyligen gjort framsteg inom energihantering ombord är demonstrationen av reversibel, energieffektiv sittande på överhäng. Detta gör att prototypen kan stanna kvar på en hög utsiktspunkt samtidigt som den sparar energi.

Framtida användning

Om forskare löser problem med mikrochip och ström, tror man att grupper av RoboBees som använder svärmintelligens kommer att vara mycket användbara i sök- och räddningsinsatser och som artificiella pollinatörer. För att uppnå målet med svärmintelligens har forskargruppen utvecklat två abstrakta programmeringsspråk – Karma som använder flödesscheman och OptRAD som använder probabilistiska algoritmer. Potentiella tillämpningar för enskilda eller små grupper av RoboBees inkluderar hemlig övervakning och upptäckt av skadliga kemikalier.

Tidigare har partier som Electronic Frontier Foundation uttryckt oro över de civila integritetseffekterna av militär och statlig användning av flygande miniatyrrobotar. I vissa områden, såsom delstaten Texas och staden Charlottesville, Virginia , har tillsynsmyndigheter begränsat deras användning av allmänheten.

Enligt projektforskarna skulle "pop-up"-tillverkningsprocessen möjliggöra helt automatiserad massproduktion av RoboBees i framtiden. Harvards Wyss Institute håller på att kommersialisera viknings- och popup-teknikerna som uppfanns för projektet.

Tekniska specifikationer

RoboBees vingspann är 3 centimeter (1,2 tum), vilket tros vara det minsta konstgjorda vingspann för att uppnå flygning. Vingarna kan flaxa 120 gånger per sekund och fjärrstyras i realtid. Varje RoboBee väger 80 milligram (0,0028 oz).

Oro för robotbin och hållbarhet

Tanken att robotpollinering av grödor kan motverka nedgången av pollinatorer har vunnit stor popularitet nyligen. [ när? ] Forskare från områdena bipollinering, bihälsa, bibevarande och agroekologi har hävdat att RoboBee och andra materialtillverkade konstgjorda pollinatorer är en tekniskt och ekonomiskt omöjlig lösning för närvarande och utgör betydande ekologiska och moraliska risker: (1) trots de senaste framstegen. , robotassisterad pollinering är långt ifrån att kunna ersätta bin för att pollinera grödor effektivt; (2) att använda robotar är mycket osannolikt ekonomiskt lönsamt; (3) Det skulle bli oacceptabelt höga miljökostnader; (4) bredare ekosystem skulle skadas; (5) det skulle urholka den biologiska mångfaldens värden; och, (6) att förlita sig på robotpollinering kan faktiskt leda till stor matosäkerhet.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RoboBee&oldid=1143346983 "