Insekti u prirodi poseduju neverovatne veštine letenja i mogu da se pričvrste za zidove od različitih materijala i da se penju na njih. Insekti koji mogu da izvode let mašući krilima, penju se na zid i nesmetano prelaze između dva režima kretanja pružaju nam odlične biomimetičke modele. Međutim, vrlo mali broj biomimetičkih robota može da obavlja složene zadatke lokomocije koji kombinuju dve sposobnosti penjanja i letenja.
Izazov je dizajnirati i leteće i penjajuće sisteme sa karakteristikama sličnim mahanju krila insekata i veštinama penjanja po zidu. Strategiju kontrole prelaza letećeg penjanja je teško primeniti na bioničke robote za leteće penjanje.
Ovo je uglavnom zato što trenutni sistemi leta sa mašućim krilima koji mogu da lebde imaju teškoće da generišu dovoljno podizanja da podrže robota za penjanje kao teret, a proučavanje robota za penjanje po zidu koji se mogu pričvrstiti na različite vrste površina nije sveobuhvatno.
Pored toga, još uvek treba proučiti metod kontrole prelaza orijentisan na letenje-penjanje kako bi se dizajnirao režim kretanja koji može efikasno da oponaša prirodne insekte koji sleću na zid i poleću sa njega.
Nedavno je tim Univerziteta za aeronautiku i astronautiku u Nanjingu (NUAA) razvio novu strategiju kontrole tranzicije. Bionički robot sa sposobnošću letenja i penjanja može da završi glatko kretanje uključujući sletanje na vertikalni zid, penjanje uz zid i poletanje sa zida. Kredit: Istraživanje (2023). DOI: 10.34133/istraživanje.0144
„Robot sa mogućnošću kretanja u više domena može da proširi prostor robota sa jednim domenom i reši probleme sa kojima se robot sa jednim domenom suočava, kao što su ograničena primena i poteškoće u interakciji sa spoljnim fizičkim veličinama“, rekao je Aihong Ji, koji vodio istraživanje.
Robot sa vazdušnim zidom je uspešno pokazao svoju sposobnost sletanja, penjanja i poletanja sa raznih složenih vertikalnih zidova, uključujući staklo, drvena vrata, mermer, koru drveta, elastičnu tkaninu, zid od kreča i obojeni lim. Ova serija koraka je vrlo uobičajena u prirodi, na primer, kada muva stigne na lokaciju nakon što je preletela određenu udaljenost, sleti na zid, popne se na mesto gde se oseća udobno, a zatim odleti na sledeće mesto. Ima važne implikacije u razumevanju poletanja i sletanja insekata.
Studija je objavljena u časopisu Research. Ji je profesor na NUAA fakultetu za mašinstvo i elektrotehniku.
Robotski insekt usvaja hibridni raspored snage za mahanje/rotor, koji ostvaruje ne samo efikasan i kontrolisan let u vazduhu, već i pričvršćivanje na vertikalni zid i penjanje na njega kroz sinergističku kombinaciju aerodinamičke adsorpcije negativnog pritiska snage rotora i mehanizam za penjanje sa performansama bioničke adhezije.
„Insekti mogu i da lete u vazduhu i da se penju na zid, što ima koristi od njihove agilne kontrole mahanja krila i držanja tela. Oni koriste krila, noge i vizuelne informacije za koordinaciju poletanja i sletanja“, rekao je Ji. „Podizanje koje stvaraju mahajuća krila je nagore dok insekt lebdi, dok se položaj tela može proizvoljno menjati. Posebno pri sletanju na zid ili poletanju sa zida, potrebno je izvršiti niz složenih modularnih radnji, uključujući usporavanje tela i rotaciju tela pod velikim uglom. Bili smo inspirisani da shvatimo da se očekuje da bionički amfibijski robot sa sposobnošću rotacije pod velikim uglom završi prelaz između letenja i penjanja imitirajući kontrolu držanja tela insekata.“ Kredit: Istraživanje (2023). DOI: 10.34133/istraživanje.0144
Ali za razliku od rasporeda nogu insekta za penjanje u odnosu na njegovo telo, deo za penjanje je dizajniran iznad tela robota, primetio je Ji. Dakle, snaga letećeg dela robota ne samo da može da obezbedi aerodinamičku adsorpciju negativnog pritiska za deo za penjanje, već i da se odupre momentu prevrtanja izazvanom gravitacijom.
Dizajn rasporeda uzdužne ose dinamike rotora i strategije upravljanja ostvaruju jedinstveno poprečno kretanje u domenu tokom prelaza letenje-penjanje. Robot insekt obezbeđuje dovoljnu kontrolnu silu i obrtni moment. Neto vertikalni potisak hibridne snage flapping/rotor kada se aktivira održava približno linearan odnos u odnosu na komandu za gas. Štaviše, pod kompozitnim kontrolnim signalom, dokazano je da su ulaz i izlaz obrtnog momenta u 3 osi hibridne kontrole snage klapanja/rotora nezavisni i ne ometaju. Vrednost obrtnog momenta zadovoljava zahteve upravljanja i logika distribucije kontrole je razumna.
„Da bismo optimizovali prelaznu šemu letećeg penjanja bioničkog amfibijskog robota, sproveli smo nekoliko predtestiranja“, rekao je Ji. „Proces prelaza letećeg penjanja usko zavisi od dizajna hibridnog rasporeda i zahteva koordinisanu kontrolu aktuatora.“
Tim je kvantifikovao performanse tranzicije robotskog insekta. Robot može da izvrši kontinuirane i potpune prelaze vazduh–zid–vazduh za 6,1 s. Omogućava robotu da pređe granicu vazduh–zid za 0,4 s (sletanje), a pređe granicu zid–vazduh za 0,7 s (poletanje). Brzina penjanja na vertikalnom zidu je 6 cm/s. Pokazao je sposobnost vazdušno-zidnog robota da prelazi između letenja u vazduhu i penjanja na zid i potvrdio izvodljivost celokupnog rasporeda strukture i strategije upravljanja.
Ji zamišlja da će mikroskopske kuke i kandže biti dodate u kalup za ubrizgavanje lepljive podloge kako bi se zaista postigla sinergistička interakcija između kukica i lepljivih jastučića insekata, što će im pomoći da se prilagode komplikovanim okruženjima.
