Best Drones: Kako žuželke naučil švicarskih znanstvenikov za izgradnjo boljšega drona

Lahko bi vam bilo odpuščeno, če bi mislili, da bi bil najtežji, najbolj vzdržljiv robot nekakšen ultra trdi kovinski ogrodje, kot je Terminator, vendar je včasih mehka in prilagodljiva pot.

Ta teden so inženirji na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) v Švici objavili rezultate svojih prizadevanj, da bi v reviji naredili resnično lep, prilagodljiv quadcopter drone. Znanstvena robotika.

Podobno kot vedno večje število mikrorobotov, ki se trenutno razvijajo, ti brezpilotni zrakoplovi tudi izposodijo nekaj svojih elementov oblikovanja iz lahke zložene arhitekture origami. Vendar, pravijo raziskovalci Inverse, z eno ključno razliko: zasnova, nov kompozit, ki je dovolj fleksibilen, da absorbira poškodbe, vendar je dovolj trden, da ostane aerodinamičen in se zgleduje po lastnostih kril insektov.

"Večina origami struktur je narejenih iz togih laminiranih materialov in togih spojev (tj. Neraztegljivih sklepov iz poliimida ali najlona), kar vodi do omejitev," pravi Stefano Mintchev, podoktorski raziskovalec na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) v Švici. "Trdni origamis so krhki, nagnjeni k raztrganinam in brez napak pri preobremenitvi med trki."

Zhi Ern Teoh, neupravičeni strojni inženir iz Harvarda, ki je razvil svoje lastne mikrorobote, ki so jih navdihnili origami, je povedal Inverse bil je navdušen nad delom ekipe iz Lausanne.

»Ker je glavni trn krila popolnoma toga, se lahko krilo zlomi, ko naleti na oviro,« pojasnjuje Teoh. "Kaj so naredili v zvezi s prilagajanjem" mejne sile "- praga, pri katerem pride do prehoda s togosti na mehko - mislim, da je to precej ključ za strukture, ki morajo vzdržati vplive."

V središču inovativnosti švicarske skupine je raztegnjena elastična plast, kot nekakšna gumica, ki se obupno želi vrniti nazaj v obliko. Ta plast je nato obdana in vezana na bolj tog, segmentiran skelet. To je nekako podobno eni od tistih lesenih lutk, ki se potisnejo in se zrušijo, ko sprostite vrvico v njih. Ob trku se drone upognejo v segmentiranih sklepih, pri čemer se elastični sloj razteza. Nato se vrne v obliko, ki je pripravljena za nadaljevanje letenja.

Seveda tudi gradnja ne more biti preveč prilagodljiva, in ugotovitev, da je to občutljivo ravnotežje, je prišlo do strokovnega znanja inženirjev skupine EPFL.

»Če je mejna sila prenizka,« pravi Teoh, »kvadkopter ne bo mogel vzleteti, kajne? Ker v trenutku, ko obrnete polni potisk, bo potisk upadel strukturo."

Lahko si predstavljate nekaj stvari, ki se dogajajo: propelerji bi se lahko zaleteli drug v drugega; lahko potegnejo krila v ločenih smereh, v bistvu risanje in razmeščanje drona. Bilo bi, če sem odkrit, nered. Ugotovitev prave natezne trdnosti, to je praga, pri katerem bi bilo zaželeno upogibanje, je po mnenju Mintcheva preučila podobne značilnosti pri krilih žuželk.

»Izziv strateškega prilagajanja togosti in mehkosti v zložljivih strukturah obvladujejo žuželke,« pravi Mintchev. "Njihova razvita origami krila so sestavljena iz togih ploščic kožice, povezanih preko mehkih spojev."

Mintchev in skupina vidita tudi druge aplikacije za to zasnovo, vključno z bolj fleksibilnimi prijemalnimi mehanizmi, ki so jih že izdelali prototip.

Nekatere prednosti tega oblikovanja vključujejo oprijem, ki bi bil manj verjetno, da bi uničil nekaj krhkega, ki ga poskuša posneti, in oprijem, ki ne bi bil sposoben dvigniti nekaj, kar bi presegalo njegove zmogljivosti (samo da bi kasneje tvegali, da bi ga spustili).

»Trenutni robotski trend je ustvariti mehkejše robote,« pravi Dario Floreano, direktor Laboratorija za inteligentne sisteme EPFL in drugi soavtor o novem dokumentu, »ki se lahko prilagodi določeni funkciji in varno deluje skupaj z ljudmi. «

Biti nežen, na svoj način, je znak moči - nekaj, kar bi morali težko robiti roboti Terminator.