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RoboBee vole sans attache pour la première fois, le véhicule le plus léger jamais conçu

RoboBee vole sans attache pour la première fois, le véhicule le plus léger jamais conçu

Dans une réalisation record, les chercheurs de Harvard ont piloté leur microrobot RoboBee sans attaches pour la première fois, faisant de ce robot vieux de plusieurs décennies la machine la plus légère jamais conçue pour accomplir l'exploit.

RoboBee vole seul pour la première fois

Des ingénieurs de l'Université de Harvard ont fait voler leur robot Robobee vieux de plusieurs décennies sans attaches pour la première fois, selon un nouvel article publié aujourd'hui dans la revue. La nature.

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Noah Jafferis, boursier postdoctoral de Harvard, également auteur principal de l'article d'aujourd'hui, et Harvard Ph.D. La candidate et co-auteur Elizabeth Farrell Helbling travaillait toutes les deux sur le projet RoboBee depuis environ six ans.En août dernier, ils ont allumé les lampes halogènes à haute intensité qui ont donné aux cellules photovoltaïques de RoboBee l'énergie dont elles avaient besoin pour réaliser son vol historique.

«C'est un résultat qui se prépare depuis plusieurs décennies», a déclaré le chercheur principal du projet RoboBee, Robert Wood, professeur Charles River d'ingénierie et de sciences appliquées à la Harvard's School of Engineering and Applied Sciences.

Le défi pour l'équipe de Harvard est familier pour tout projet d'ingénierie, mais surtout pour la robotique: équilibrer le poids de la machine avec les composants qui l'alimentent, qu'il s'agisse d'une batterie ou d'un panneau photovoltaïque.

Ce défi en vient à dominer presque tous les autres une fois que vous atteignez l'échelle des robots qui pèsent moins de 500 milligrammes, un domaine connu sous le nom de microrobotique. À cette échelle, les batteries les plus légères actuellement disponibles consommeraient plus de la moitié de ce poids, ce qui rendrait les actionneurs qui convertissent l'énergie de la batterie en énergie cinétique qui déplace le robot beaucoup trop faible pour être efficaces.

Les cellules photovoltaïques, quant à elles, ne pèsent pas autant, mais les cellules photovoltaïques plus petites sont toujours limitées dans la quantité d'énergie qu'elles peuvent produire, et jusqu'à présent, cela n'a pas été en mesure de générer le nombre de milliwatts nécessaires pour alimenter les actionneurs d'aile. pour le RoboBee. Cela signifie que jusqu'à présent, RoboBee devait être attaché à une source d'alimentation externe pour voler.

Le vol nécessite beaucoup de puissance

«La propulsion du vol est une sorte de Catch-22 car le compromis entre la masse et la puissance devient extrêmement problématique à petite échelle où le vol est intrinsèquement inefficace», a déclaré Wood. "Cela n'aide pas que même les plus petites batteries disponibles dans le commerce pèsent beaucoup plus que le robot."

En conséquence, il ne semblait pas y avoir beaucoup plus à améliorer en termes de production d'électricité. En utilisant une gamme des plus petites cellules solaires disponibles dans le commerce, pesant environ 10 milligrammes chacune, les scientifiques de Harvard ont dû trouver des moyens d'en tirer le meilleur parti. Même sous la lumière du soleil la plus intense possible, ces cellules ne fournissaient que 0,76 milliwatts par milligramme de puissance.

Ainsi, l'équipe est revenue en arrière et a commencé à apporter plusieurs changements majeurs à la conception du RoboBee, y compris un ajout important d'un deuxième ensemble d'ailes. Le nouveau RoboBee X-Wing, comme les chercheurs ont commencé à appeler le nouveau design, s'est avéré beaucoup plus puissant que ses prédécesseurs.

«Le passage de deux à quatre ailes», a déclaré Jafferis, «ainsi que des modifications moins visibles de l'actionneur et du rapport de transmission, ont rendu le véhicule plus efficace, lui ont donné plus de portance et nous ont permis de mettre tout ce dont nous avons besoin à bord sans utiliser plus de pouvoir."

Ne pesant que 259 milligrammes au total - environ un quart du poids d'un trombone standard - les chercheurs ont pu utiliser des ampoules halogènes à haute intensité pour fournir au RoboBee X-Wing la puissance dont il avait besoin pour décoller et réaliser un vol soutenu. , selon leur article. À 120 milliwatts, la puissance nécessaire au RoboBee X-Wing n'est même pas suffisante pour alimenter une seule ampoule sur une chaîne de lumières de Noël, mais c'est toujours trois fois plus d'énergie que leur panneau solaire pourrait produire sous la lumière du soleil la plus intense. . En tant que tel, le RoboBee, bien qu'il ne soit pas connecté à une alimentation externe, est pour le moment bloqué sous des lumières artificielles dans un laboratoire.

Le microrobot manque également de tout type de mécanisme de contrôle à bord, donc bien qu'il puisse soutenir le vol, il ne peut pas contrôler où il va. Ce défi et d'autres restent pour l'équipe RoboBee, mais après une décennie de besoin d'être branché pour fonctionner du tout, l'équipe a encore franchi un obstacle majeur.

«Au cours de la vie de ce projet, nous avons développé des solutions séquentielles à des problèmes complexes, comme la construction d'appareils complexes à des échelles millimétriques, la création de muscles artificiels à l'échelle millimétrique haute performance, des conceptions bioinspirées et de nouveaux capteurs, ainsi que des stratégies de contrôle de vol, "Dit Wood. "Maintenant que les solutions d'alimentation font leur apparition, la prochaine étape est le contrôle à bord."

En bref, l'ingénierie à n'importe quelle échelle est un processus sans fin d'améliorations itératives abordant un défi à la fois, et RoboBee n'est pas différent.

"Quand vous voyez l'ingénierie dans les films, si quelque chose ne fonctionne pas, les gens le piratent une ou deux fois et soudainement cela fonctionne. La vraie science n'est pas comme ça", a déclaré Helbling. "Nous avons piraté ce problème de toutes les manières pour finalement réaliser ce que nous avons fait. En fin de compte, c'est assez passionnant."


Voir la vidéo: Tiny, Robotic Bees Could Change the World. National Geographic (Janvier 2022).