Nejlepší Drones: Jak hmyz učil švýcarské vědce vybudovat lepší drone

Mohlo by vám být odpuštěno, že si myslíš, že nejtěžším, nejodolnějším robotem by byl nějaký ultra tvrdý kovový skelet jako Terminator, ale někdy je to měkký a pružný způsob, jak jít.

Tento týden inženýři na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ve Švýcarsku zveřejnili výsledky svých snah o vytvoření skutečně úhledného, ​​flexibilního quadcopterového dronu v deníku Věda robotika.

Stejně jako rostoucí počet mikrorobotů, které se v současné době vyvíjejí, si tito dronové půjčují také některé z jejich konstrukčních prvků z lehké skládané architektury origami. Ale říkají vědci Inverzní, s jedním klíčovým rozdílem: Design, nový kompozit, který je dostatečně pružný, aby absorboval poškození, ale dostatečně tuhý, aby zůstal aerodynamický, a byl inspirován materiálovými vlastnostmi hmyzích křídel.

„Většina origami struktur je vyrobena z pevných laminovaných materiálů a tuhých spojů (tj. Neroztažných spojů z polyimidu nebo nylonu), což vede k omezením,“ říká Stefano Mintchev, postdoktorský vědecký pracovník na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ve Švýcarsku. "Pevné origamis jsou křehké, náchylné k roztržení a snadno selhávají při přetížení během kolizí."

Zhi Ern Teoh, unaffailiated Harvard-cvičil strojního inženýra, který vyvinul origami-inspiroval microrobots jeho vlastní, říkal t Inverzní Byl ohromen prací Lausanne týmu.

„Protože hlavní křídlo je úplně tuhé, když narazí na překážku, křídlo se může zlomit,“ vysvětluje Teoh. „Co udělali s ohledem na přizpůsobení„ prahové síly “- prahové hodnoty, při které dochází k přechodu z tuhých na měkké - myslím, že je to klíč pro struktury, které musí odolávat dopadům.“

Jádrem inovace švýcarské skupiny je roztažená elastická vrstva, jako gumička, která se zoufale chce vrátit zpět do formy. Tato vrstva je pak obklopena a přilnuta k pevnějšímu segmentovému exoskeletu. Je to něco podobného jedné z těch dřevěných loutek, které se zvednou a zhroutí, když v nich uvolníte strunu. Po nárazu se vrták ohýbá na segmentových spojích, přičemž elastická vrstva se protahuje. Pak se vrátí do tvaru připraveného pokračovat v létání.

Stavba samozřejmě nemůže být příliš flexibilní a zjištění, že křehká rovnováha je tam, kde přišly odborné znalosti v oblasti materiálového inženýrství týmu EPFL.

„Pokud je prahová síla příliš nízká,“ říká Teoh, „kvadrokoptéra nebude schopna vzlétnout, že? Protože v okamžiku, kdy zapnete plný tah, zhroucení struktury zhroutí. “

Mohl byste si představit spoustu věcí, které se dějí: vrtule by mohly narazit do sebe; oni mohli kreslit křídla v oddělených směrech, v podstatě kreslení a čtvrtování drone. Bylo by to upřímné, nepořádek. Nalezení správné pevnosti v tahu, tj. Prahové hodnoty, při které by bylo žádoucí ohýbání, podle studie Mintcheva zkoumalo podobné znaky u hmyzích křídel.

„Výzva strategického přizpůsobení tuhosti a měkkosti skládacích struktur zvládá hmyz,“ říká Mintchev. “Jejich vyvinuté origami křídla jsou složena z tuhých dlaždic kutikuly spojené přes měkké resilin klouby.” T

Mintchev a skupina vidí i jiné aplikace pro tento design, včetně flexibilnějších uchopovacích mechanismů, které již postavili prototyp.

Některé z výhod tohoto návrhu zahrnují uchopení, které by bylo méně pravděpodobné, že by rozbilo něco křehkého, které se snaží vyzvednout, a přilnavost, která by nebyla schopna něco nad jeho schopností zvednout (pouze aby se riskovalo, že by to později upustilo).

„Současným trendem v oblasti robotiky je vytváření měkčích robotů,“ říká Dario Floreano, ředitel Laboratoře Inteligentních systémů EPFL a další spoluautor na novém dokumentu, „který se může přizpůsobit dané funkci a bezpečně fungovat spolu s lidmi. “

Být něžný, svým vlastním způsobem, je známkou síly - něco, co by si tvrdé terminátorové roboti měli všimnout.