یک سیستم جدید برای پرواز درآوردن ربات‌هایی به کوچکی حشرات


پژوهشگران «دانشگاه واشنگتن» در پژوهش جدید خود نشان می‌دهند که یک سیستم بدون ژیروسکوپ می‌تواند به انجام ربات‌هایی کمک کند که به اندازه حشرات هستند.

به گزارش ایسنا و به نقل از تک‌اکسپلور، ربات‌های سبک وزن و پرنده که به اندازه حشرات کوچک ساخته شده‌اند، می‌توانند کاربردهای بسیار ارزشمندی را در جهان واقعی داشته باشند. به عنوان مثال، آنها می‌توانند از ماموریت‌های جستجو و نجات، بازرسی از مکان‌های خطرناک و حتی اکتشافات فضایی نقش داشته باشند.

به‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ ‌‌ به ویژه به دلیل مشکلات فنی که ربات‌ها هنگام تلاش برای تثبیت پرواز و تکرار قابلیت‌های ذاتی حشرات با آنها روبرو می‌شوند.

پژوهشگران «دانشگاه واشنگتن» (University of Washington) اخیراً یک سیستم کنترل پرواز و سنجش باد ابداع کرده‌اند که می‌تواند این مشکل را حل کند و در نهایت امکان پرواز پایدار ربات‌هایی حتی به کوچکی یک پشه را فراهم کند. این سیستم برای استفاده از شتاب‌سنج است؛ حسگری که می‌تواند شتاب هر وسیله، جسم یا بدن متحرک را اندازه‌گیری کند.

«ساویر فولر» (Sawyer Fuller)، از پژوهشگران این پروژه، در مصاحبه با تک‌اکسپلور گفت: حدود 40 سال است که متخصصان حوزه رباتیک‌ و ریزساخت، رویای ساخت ربات‌هایی به‌اندازه پشه را در سر می‌پرورانند که تنها چند میلی‌گرم وزن دارند. این ایده اولین بار توسط «آنیتا فلین»(Anita Flynn)، پژوهشگر «دانشگاه کالیفرنیا، برکلی» (UC Berkeley) پیشنهاد شد.

فولر ادامه داد: فلین و «رادنی بروکس»(Rodney Brooks) بعدها مقاله سرگرم‌کننده «سریع، ارزان و خارج از کنترل: حمله یک ربات به منظومه شمسی» راند که پیشنهاد فرستادن ربات‌های کوچک را برای کاوش در منظومه شمسی ارائه کرد. چنین رباتی بسیار کوچکتر از رباتهای صد میلیون گرمی موسوم به «روبوفلای» (Robofly) واشنگتن هستند که به زنبورهای ساخته شده می‌شوند و دانشگاه‌های آزمایشگاهی از آنها ساخته شده‌اند.

در سال‌های اخیر، بسیاری از متخصصان رباتیک در سراسر جهان تلاش کرده‌اند تا سیستم‌های پژوهشی فعال‌سازی را برای ربات‌هایی با حجم ۱۰ میلی‌گرم یا کمتر از آن‌ها انجام دهند و از آن‌ها مانند دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و «آزمایشگاه‌های ارتش آمریکا» (ARL) استفاده کنند. موفق شدند. با وجود این، تبیت و کنترل قابل پرواز این ربات‌ها، مشکلات کوچک، فوق‌العاده مشکل‌ساز بوده است.

فولر توضیح داد: به عنوان یک قاعده می‌توانم بگویم که ربات‌ها و پهپادهای کوچک بالدار، بدون کنترل بازخورد ناپایدار هستند. یک راه حل، اضافه کردن یک ژیروسکوپ به طراحی ربات است.

یک سیستم جدید برای پرواز درآوردن ربات‌هایی به کوچکی حشرات

اگر ادغام ژیروسکوپ‌ها از نظر تئوری می‌توانند به مشکلات فنی مرتبط با پرواز ربات‌های پرنده کوچک کمک کنند اما ژیروسکوپ‌های موجود به اندازه‌هایی هستند که برای پرواز با چنین وسایل سبکی لازم است، سبک یا کارآمد هستند. سبک‌ترین ژیروسکوپی که تا امروز ساخته می‌شود، ۱۵ میلی‌گرم وزن دارد که پنج میلی‌گرم بیشتر از وزن یک ربات کامل به اندازه پشه است.

فولر گفت: راه حل پیشنهادی ما برای این مشکل، از پژوهش مقطع دکتری من سرچشمه گرفته شده است که من هنگام انجام دادن آن مگس‌ها را از آنتن‌های پَر شکل خود برای احساس کردن باد و کنترل پرواز استفاده می‌کنند. ما در این پژوهش نشان دادیم که می‌توانم کاری کنم که مگس‌ها انجام می‌دهند، با استفاده از نوع دیگری از حسگرها انجام می‌دهند که همان شتاب‌سنج است. مزیت قابل توجه روش پیشنهاد شده این است که شتاب‌سنج‌ها ذاتا بسیار کوچکتر و کارآمدتر از ژیروسکوپ هستند. آنها در بسته‌بندی با وزن دو میلی‌گرم در قرار دارند.

شتاب‌سنج‌ها علاوه بر این که سبک‌تر از ژیروسکوپ‌ها هستند، در صورت همراهی با ربات‌های خوب و پویا می‌توانند به تخمین زدن نقطه شیب ربات‌ها در حین پرواز کمک کنند. فولر و همکارانش در طراحی خود، از یک حسگر جریان نوری به همان اندازه سبک و یک ریزپردازنده کوچک برای تخمین زدن ارتفاع ربات و قدرت استفاده کردند.

فولر گفت: در واکنش شبیه‌سازی‌شده سیستم خود نسبت به باد را با واکنش مگس میوه نسبت به یک تندباد مقایسه کنید، متوجه شوید که این دو سیستم کاملاً مشابه رفتار می‌شوند. بنابراین، اکنون ما یک فرضیه جالب در مورد کنترل پرواز حشرات داریم که باید آن را آزمایش کنیم. حشرات پرنده‌ای مانند زنبورها و پروانه‌ها که ژیروسکوپ ندارند، ممکن است به واسطه سنجش باد با آنتن‌های خود، پویایی پرواز خود را تثبیت کنند.

فولر و همکارانش، سیستم خود را هم در شبیه‌سازی‌ها و هم در آزمایش‌های جهان واقعی، با استفاده از یک ربات ۳۰ گرم آزمایش کردند و دریافت کردند که ربات می‌تواند پرواز خود را با موفقیت تثبیت کند و پویایی پرواز مگس‌های میوه را داشته باشد. آنها امیدوارند که در آینده روی بسیاری از ربات‌های پرنده دیگر از جمله ربات‌های سبک‌تر با وزن ۱۰ میلی‌گرم یا کمتر آزمایش شود.

فولر افزوده: ما یک سیستم تثبیت‌کننده را با استفاده از قطعاتی که در هواپیماها استفاده می‌شود، می‌سازیم که به اندازه کافی برای یک ربات به اندازه پشه کوچک باشند. ما قصد داریم در پژوهش‌های بعدی خود، این سیستم را در حال پرواز با روبوفلای نشان دهیم. روبوفلای این امکان را فراهم می‌کند تا بار مفید بیشتری برای بزرگتر یا حسگرهای دیگر اختصاص داده شود.

این پژوهش، در مجله «ساینس رویوتیکز» (Science Robotics) به چاپ رسید.

انتهای پیام



منبع