Новая система управления полетом и измерения ветра, созданная исследователями из Вашингтонского университета, может помочь решить эту сложную проблему робототехники и обеспечить устойчивый полет роботов размером с комара. Акселерометр — датчик, который может измерять ускорение любой движущейся машины, предмета или тела — является основой этой системы, впервые описанной в Science Robotics. Небольшие легкие роботы размером с летающих насекомых могут использоваться для исследования космоса, осмотра опасных объектов, поисково-спасательных операций и других чрезвычайно полезных задач в реальном мире. Несмотря на свой потенциал, эти роботы еще предстоит полностью реализовать, отчасти из-за технологических трудностей, с которыми они столкнулись при попытке стабилизировать свой полет и механически имитировать естественные навыки зависания насекомых. По словам Сойера Фуллера, один из исследователей, проводивших работу, «в течение почти 40 лет робототехники и специалисты по микротехнологиям мечтали о создании роботов размером с комара, которые весили бы всего несколько миллиграммов. Эта идея была впервые выдвинута Анитой Флинн из Беркли.
Исследователи из Университета Беркли и Армейских исследовательских лабораторий были среди тех, кто в последние годы преуспел в своих попытках разработать приводные системы для роботов размером с насекомое и весом 10 мг или меньше. Но до сих пор было трудно надежно стабилизировать и контролировать полет этих чрезвычайно крошечных роботов. Позже она и Родни Брукс выступили за отправку маленьких роботов, известных как «умная пыль», для изучения Солнечной системы в забавной статье под названием «Быстро, дешево и неуправляемо: вторжение роботов в Солнечную систему». Эти роботы будут значительно меньше, чем 100-мг UW Robofly размером со шмеля, которые до сих пор разрабатывали студенты в моей лаборатории».
По словам Фуллера, без управления с обратной связью небольшие роботы и дроны с машущими крыльями обычно нестабильны. «Они в спешке падают с неба, если включить крылья или несущие винты. Согласно теории, мухи используют гироскопические жужжальца в качестве обратной связи для компенсации. Поэтому включение гироскопа в архитектуру робота было бы логичным ответом. «В своей докторской работе я обнаружил, что мухи используют ощущение ветра от своих антенн в форме перьев, чтобы направлять свой полет, откуда и пришел наш ответ на этот вопрос», — сказал Фуллер. В этом исследовании мы продемонстрировали, что измерение воздушной скорости, как это делают мухи, возможно с помощью акселерометра, датчика другого типа. Основное преимущество заключается в том, что акселерометры принципиально более компактны и эффективны, чем гироскопы. Они поставляются в упаковке весом всего 2 мг и легко доступны с полки. «Мы обнаружили, что две системы реагировали примерно одинаково, когда сравнивали смоделированную реакцию нашей системы на порыв ветра с тем, как плодовые мушки реагируют на один и тот же порыв», — сказал Фуллер. «Теперь мы можем проверить интригующую теорию, касающуюся управления полетом насекомых. В частности, это предполагает, что летающие насекомые без гироскопов, такие как пчелы и мотыльки, могут контролировать свою неустойчивую динамику полета, обнаруживая ветер своими антеннами». Фуллер продолжил: «Мы смогли разработать стабилизирующую систему управления полетом на основе имеющихся в продаже деталей, которая достаточно мала для робота размером с комара. «Наш подход также может быть изменен для работы с более крупными роботами, такими как 100 мг UW Robofly, предоставляя дополнительное пространство полезной нагрузки для большей батареи или большего количества датчиков.
Гироскопы потенциально могут быть интегрированы, чтобы помочь небольшим летающим роботам летать, однако гироскопы, которые сейчас представлены на рынке, далеко не так эффективны или легки, как они должны были бы быть для полета на таких легких устройствах. Полный робот размером с комара весит 15 мг, что на 5 мг больше, чем у самого легкого гироскопа, созданного на сегодняшний день. Используя 30-граммового робота, Фуллер и его коллеги оценили свою систему в моделировании и реальных испытаниях и обнаружили, что она может успешно стабилизировать свой полет и точно имитировать динамику полета дрозофилы. В будущем они планируют использовать и протестировать его на множестве различных летающих роботов, в том числе на роботах меньшего размера, которые весят 10 мг или меньше.
