211service.com
Robotinsekten lyfter
En robotfluga i naturlig storlek har tagit flyg vid Harvard University. Med en vikt på endast 60 milligram, med ett vingspann på tre centimeter, är den lilla robotens rörelser modellerade efter en riktig fluga. Även om mycket arbete återstår att göra på den mekaniska insekten, säger forskarna att sådana små flygmaskiner en dag skulle kunna användas som spioner eller för att upptäcka skadliga kemikalier.
Första flyget: Denna lilla robot väger bara 60 milligram och har ett vingspann på tre centimeter. Det är den första roboten som uppnår lyft som är modellerad på en fluga och byggd i så liten skala.
Naturen gör världens bästa reklamblad, säger Robert Wood , ledare för Harvards robotflygprojekt och professor vid universitetets högskola för ingenjörsvetenskap och tillämpad vetenskap.
U.S. Defense Advanced Research Projects Agency finansierar Woods forskning i hopp om att den ska leda till smygövervakningsrobotar för slagfältet och stadsmiljöer. Robotens ringa storlek och flugliknande utseende är avgörande för sådana uppdrag. Du skulle förmodligen inte märka en fluga i rummet, men du skulle verkligen märka en hök, säger Wood.
Att återskapa en flugas effektiva rörelser i en robot ungefär lika stor som den verkliga insekten var dock svårt, eftersom befintliga tillverkningsprocesser inte kunde användas för att göra de robusta, lätta delarna som krävdes. Motorerna, lagren och lederna som vanligtvis används för storskaliga robotar skulle inte fungera för något som är lika stort som en fluga. Att bara skala ner befintliga makroskalatekniker kommer inte att komma i närheten av den prestanda vi behöver, säger Wood.
Multimedia
Se hur flugan lyfter.
Se vingen röra sig i slow motion.
Vissa extremt små delar kan tillverkas med hjälp av processerna för att skapa mikroelektromekaniska system. Men sådana processer kräver mycket tid och pengar. Wood och hans kollegor vid University of California, Berkeley, behövde en billig, snabb tillverkningsprocess så att de enkelt kunde producera olika iterationer av sina mönster.
I slutändan utvecklade teamet sin egen tillverkningsprocess. Med hjälp av lasermikrobearbetning skär forskare tunna ark av kolfiber till tvådimensionella mönster som är exakta till ett par mikrometer. Ark av polymer skärs med samma process. Genom att noggrant ordna arken av kolfiber och polymer kan forskarna skapa funktionella delar.
Till exempel, för att skapa en flexurfog, arrangerar forskarna två små bitar av kolkomposit och lämnar ett mellanrum däremellan. De lägger sedan till ett ark polymer vinkelrätt över de två kolbitarna, som en bordsskiva på två korta ben. Två nya bitar av kolfiber placeras i vardera änden av polymeren, som ett sista toppskikt. När alla bitar är härdade tillsammans, liknar den resulterande delen bokstaven H: mitten är flexibel men sidorna är stela.
Genom att sätta ihop många små kol-polymerdelar kan forskarna skapa ganska komplicerade delar som kan böjas och rotera precis efter behov. För att göra delar som kommer att röra sig som svar på elektriska signaler, inkorporerar forskarna elektroaktiva polymerer, som ändrar form när de utsätts för spänning. Hela tillverkningsprocessen kommer att beskrivas i en tidning som visas i en kommande upplaga av Journal of Mechanical Design .
Efter mer än sju års arbete med att studera flygdynamik och förbättra olika delar tog Woods fluga äntligen fart i våras. När jag fick flugan att lyfta hoppade jag bokstavligen upp och ner i labbet, säger han.
Andra forskare har byggt robotar som efterliknar insekter, men det här är den första tvåvingade roboten byggd i så liten skala som kan lyfta med samma rörelser som en riktig fluga. Dynamiken i en sådan flygning är mycket komplicerad och har studerats i åratal av forskare som t.ex Ron Fearing , Woods tidigare doktorandrådgivare vid University of California, Berkeley. Fearing, som bygger sina egna robotinsekter, säger att han var mycket imponerad av det faktum att Woods insekt kan flyga: Det är verkligen ett stort genombrott. Men Fearing säger att det är den första av många utmaningar med att bygga en praktisk fluga.
För tillfället är Woods fluga begränsad av ett tjuder som håller den i rörelse i en rak, uppåtgående riktning. Forskarna arbetar just nu med en flygkontroll så att roboten kan röra sig i olika riktningar.
Forskarna arbetar också med en strömkälla ombord. (För tillfället drivs robotflugan externt.) Wood säger att ett nedskalat litium-polymerbatteri skulle ge mindre än fem minuters flygtid.
Små, lätta sensorer måste också integreras. Kemiska sensorer kan till exempel användas för att upptäcka giftiga ämnen i farliga områden så att människor kan ta sig in i området med lämplig säkerhetsutrustning. Wood och hans kollegor kommer också att behöva utveckla mjukvarurutiner för flugan så att den ska kunna undvika hinder.
Wood är ändå stolt över att ha nått en stor projektmilstolpe: flygning. Det är en ganska stor sak, säger han. Många trodde att det aldrig skulle kunna ta fart.