Inżynieria | Wydawnictwa informacyjne | Badania | Nauka | Technologia
15 maja, 2018
UW News
Aby zasilić RoboFly, inżynierowie skierowali niewidzialną wiązkę laserową (tu pokazaną w czerwonym laserze) na ogniwo fotowoltaiczne, które jest przymocowane nad robotem i przekształca światło lasera w energię elektryczną.Mark Stone/University of Washington
Latające roboty wielkości owadów mogłyby pomóc w wykonywaniu czasochłonnych zadań, takich jak badanie wzrostu upraw na dużych farmach lub wykrywanie wycieków gazu. Roboty te unoszą się w powietrze trzepocząc malutkimi skrzydełkami, ponieważ są zbyt małe, aby używać śmigieł, takich jak te, które można zobaczyć na ich większych kuzynach dronach. Mały rozmiar jest korzystny: Roboty te są tanie w produkcji i mogą łatwo wślizgnąć się w ciasne miejsca, które są niedostępne dla dużych dronów.
Ale obecne latające robo-insekty są nadal przywiązane do ziemi. Elektronika, której potrzebują do zasilania i sterowania skrzydłami, jest zbyt ciężka do przenoszenia przez te miniaturowe roboty.
Inżynierowie z University of Washington, którzy stworzyli RoboFly, sprawdzają swojego nowego malutkiego bezprzewodowego robota latającego. Tylny rząd (od lewej do prawej): Yogesh Chukewad, Sawyer Fuller, Shyam Gollakota; Przedni rząd: Vikram Iyer, Johannes James.Mark Stone/University of Washington
Teraz inżynierowie z Uniwersytetu Waszyngtońskiego po raz pierwszy przecięli sznur i dodali mózg, pozwalając swojemu RoboFly na podjęcie pierwszych niezależnych klap. To może być jedna mała klapka dla robota, ale jest to jeden wielki skok dla rodzaju robotów. Zespół przedstawi swoje wyniki 23 maja na Międzynarodowej Konferencji Robotyki i Automatyki w Brisbane, Australia.
RoboFly jest nieco cięższy od wykałaczki i jest zasilany wiązką laserową. Wykorzystuje maleńki obwód pokładowy, który przekształca energię lasera w energię elektryczną wystarczającą do obsługi skrzydeł.
„Do tej pory koncepcja bezprzewodowych robotów latających wielkości owadów była science fiction. Czy kiedykolwiek bylibyśmy w stanie sprawić, by działały bez potrzeby użycia przewodów?” – powiedział współautor Sawyer Fuller, adiunkt na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UW. „Nasz nowy bezprzewodowy RoboFly pokazuje, że są one znacznie bliższe prawdziwemu życiu.”
Wyzwaniem inżynieryjnym jest klapanie. Trzepotanie skrzydłami to proces wymagający dużej ilości energii, a zarówno źródło zasilania, jak i sterownik, który kieruje skrzydłami, są zbyt duże i nieporęczne, aby zmieścić się na pokładzie małego robota. Dlatego poprzedni robo-insekt Fullera, RoboBee, miał smycz – otrzymywał zasilanie i sterowanie poprzez przewody z ziemi.
RoboFly jest nieco cięższy od wykałaczki.Mark Stone/University of Washington
Ale latający robot powinien być w stanie działać samodzielnie. Fuller i zespół postanowili wykorzystać wąską, niewidzialną wiązkę lasera do zasilania swojego robota. Skierowali wiązkę laserową na ogniwo fotowoltaiczne, które jest przymocowane nad RoboFly i przekształca światło lasera w energię elektryczną.
„To był najbardziej wydajny sposób, aby szybko przekazać dużo mocy do RoboFly bez dodawania dużej wagi”, powiedział współautor Shyam Gollakota, profesor nadzwyczajny w UW’s Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering.
Jednak sam laser nie zapewnia wystarczającego napięcia, aby poruszyć skrzydłami. Dlatego zespół zaprojektował obwód, który zwiększył napięcie siedmiu woltów wychodzących z ogniwa fotowoltaicznego do 240 woltów potrzebnych do lotu.
Aby dać RoboFly kontrolę nad własnymi skrzydłami, inżynierowie dostarczyli mózg: Dodali mikrokontroler do tego samego obwodu.
„Mikrokontroler działa jak mózg prawdziwej muchy, mówiąc mięśniom skrzydeł, kiedy mają wystrzelić”, powiedział współautor Vikram Iyer, doktorant na Wydziale Inżynierii Elektrycznej UW. „W RoboFly, mówi skrzydłom rzeczy takie jak 'trzepocz mocno teraz’ lub 'nie trzepocz’.”
Specyficznie, kontroler wysyła napięcie w falach, aby naśladować trzepotanie skrzydeł prawdziwego owada.
„Używa impulsów do kształtowania fali”, powiedział Johannes James, główny autor i doktorant inżynierii mechanicznej. „Aby skrzydła szybko poruszały się do przodu, wysyła serię impulsów w szybkim tempie, a następnie spowalnia pulsowanie w miarę zbliżania się do szczytu fali. A potem robi to w odwrotnym kierunku, aby skrzydła gładko trzepotały w drugą stronę.”
Aby RoboFly był bezprzewodowy, inżynierowie zaprojektowali elastyczny obwód (żółty) z konwerterem podwyższającym (miedziana cewka i czarne skrzynki po lewej), który zwiększa napięcie siedmiu woltów pochodzących z ogniwa fotowoltaicznego do 240 woltów potrzebnych do lotu. Ten obwód ma również mózg mikrokontrolera (czarne kwadratowe pudełko w prawym górnym rogu), który pozwala RoboFly’owi kontrolować swoje skrzydła.Mark Stone/University of Washington
Na razie RoboFly może tylko startować i lądować. Gdy jego ogniwo fotowoltaiczne znajdzie się poza bezpośrednią linią wzroku lasera, robotowi zabraknie mocy i wyląduje. Ale zespół ma nadzieję, że wkrótce będzie w stanie kierować laserem tak, że RoboFly może zawisnąć i latać dookoła.
While RoboFly jest obecnie zasilany przez wiązkę laserową, przyszłe wersje mogą używać maleńkich baterii lub zbierać energię z sygnałów o częstotliwości radiowej, Gollakota powiedział. W ten sposób ich źródło zasilania może być modyfikowane do konkretnych zadań.
Przyszłe RoboFlies mogą również oczekiwać na bardziej zaawansowane mózgi i systemy czujników, które pomogą robotom nawigować i wykonywać zadania samodzielnie, powiedział Fuller.
„Bardzo chciałbym zrobić jeden, który znajdzie wycieki metanu”, powiedział. „Mógłbyś kupić walizkę pełną tych robotów, otworzyć ją, a one latałyby wokół twojego budynku, szukając pióropuszy gazu wydobywających się z nieszczelnych rur. Jeśli te roboty mogą ułatwić znalezienie wycieków, będzie o wiele bardziej prawdopodobne, że zostaną one załatane, co zmniejszy emisję gazów cieplarnianych. Inspiracją dla tego projektu były prawdziwe muchy, które są naprawdę dobre w lataniu w poszukiwaniu śmierdzących rzeczy. Uważamy więc, że jest to dobre zastosowanie dla naszego RoboFly.”
RoboFly jest nieco większa od prawdziwej muchy.Mark Stone/University of Washington
Doktorant inżynierii mechanicznej Yogesh Chukewad jest również współautorem tej pracy. Badania te zostały sfinansowane przez Uniwersytet Waszyngtoński oraz stypendium studenckie firmy Microsoft.
##
Więcej informacji można uzyskać kontaktując się z zespołem badawczym pod adresem [email protected]
Tag(s): College of Engineering – Department of Electrical & Computer Engineering – Department of Mechanical Engineering – Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering – Sawyer Fuller – Shyam Gollakota