Un’ape robotica in grado di volare completamente in tutte le direzioni è stata sviluppata dai ricercatori della Washington State University.
Con quattro ali in fibra di carbonio e mylar e quattro attuatori leggeri per controllare ciascuna ala, Bee++ prototipo è il primo a volare stabilmente in tutte le direzioni. Ciò include il complicato movimento di torsione noto come imbardata, con l’ape++ raggiungendo pienamente i sei gradi di libertà di movimento che mostra un tipico insetto volante.
Guidati da Néstor O. Pérez-Arancibia, professore associato di Flaherty presso la School of Mechanical and Materials Engineering della WSU, i ricercatori riferiscono del loro lavoro sulla rivista, Transazioni IEEE sulla robotica. Pérez-Arancibia presenterà i risultati alla conferenza internazionale IEEE sulla robotica e l’automazione alla fine di questo mese.
I ricercatori hanno cercato di sviluppare insetti volanti artificiali per più di 30 anni, ha affermato Pérez-Arancibia. Un giorno potrebbero essere utilizzati per molte applicazioni, tra cui l’impollinazione artificiale, gli sforzi di ricerca e soccorso in spazi ristretti, la ricerca biologica o il monitoraggio ambientale, anche in ambienti ostili.
Ma solo far decollare e atterrare i minuscoli robot richiedeva lo sviluppo di controller che agissero come fa il cervello di un insetto.
“È un misto di progettazione robotica e controllo”, ha detto. “Il controllo è altamente matematico e si progetta una sorta di cervello artificiale. Alcuni la chiamano la tecnologia nascosta, ma senza quei semplici cervelli niente funzionerebbe.”
I ricercatori hanno inizialmente sviluppato un’ape robotica a due ali, ma era limitata nei suoi movimenti. Nel 2019, Pérez-Arancibia e due dei suoi dottorandi hanno costruito per la prima volta un robot a quattro ali abbastanza leggero da poter decollare. Per eseguire due manovre note come beccheggio o rollio, i ricercatori fanno sbattere le ali anteriori in modo diverso rispetto alle ali posteriori per il beccheggio e le ali destre sbattono in modo diverso rispetto alle ali sinistre per rotolare, creando una coppia che fa ruotare il robot i suoi due principali assi orizzontali.
Ma essere in grado di controllare il complesso movimento di imbardata è estremamente importante, ha affermato. Senza di esso, i robot vanno fuori controllo, incapaci di concentrarsi su un punto. Poi si schiantano.
“Se non riesci a controllare l’imbardata, sei super limitato”, ha detto. “Se sei un’ape, ecco il fiore, ma se non riesci a controllare l’imbardata, giri continuamente mentre cerchi di arrivarci.”
Avere tutti i gradi di movimento è anche di fondamentale importanza per le manovre evasive o per inseguire oggetti.
“Il sistema è altamente instabile e il problema è estremamente difficile”, ha affermato. “Per molti anni, le persone hanno avuto idee teoriche su come controllare l’imbardata, ma nessuno è riuscito a realizzarle a causa dei limiti di attuazione”.
Per consentire al loro robot di ruotare in modo controllato, i ricercatori hanno preso spunto dagli insetti e hanno mosso le ali in modo che sbattano su un piano inclinato. Hanno anche aumentato il numero di volte al secondo in cui il loro robot può sbattere le ali, da 100 a 160 volte al secondo.
“Parte della soluzione è stata la progettazione fisica del robot e abbiamo anche inventato un nuovo design per il controller: il cervello che dice al robot cosa fare”, ha affermato.
Con un peso di 95 mg e un’apertura alare di 33 millimetri, l’ape++ è ancora più grande delle vere api, che pesano circa 10 milligrammi. A differenza dei veri insetti, può volare autonomamente solo per circa cinque minuti alla volta, quindi è per lo più legato a una fonte di alimentazione tramite un cavo. I ricercatori stanno anche lavorando allo sviluppo di altri tipi di robot insetti, inclusi crawler e water strider.
Gli ex dottorandi di Pérez-Arancibia presso la University of Southern California, Ryan M. Bena, Xiufeng Yang e Ariel A. Calderón, sono coautori dell’articolo. Il lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation e DARPA. Anche la WSU Foundation e il Palouse Club attraverso il programma Cougar Cage della WSU hanno fornito supporto.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
