Minirobotid matkivad puuviljakärbseid

3. mai 2013 kell 16:02



RoboticInsectPhoto02-350x233

Harvardi ülikooli insenerid on konstrueerinud põrnikasuuruse lendava tiibadega roboti, mis suudab nii ühe koha peal hõljuda kui ka keerulisemaid lennumanöövreid sooritada. Robotkärbse energiatarve on ligikaudu sama suur kui selle bioloogilisel vastel, vahendab ERR.

 

Suuremate lendavate objektide disainimine on hoolimata nende massist tavaliselt suhteliselt kerge. Erilisi probleeme pole neile nii piisavalt võimsa energiaallika leidmisega ega ka kontrollitud lennuks vajalike komponentide ehitamisega.

Keeruliste mehhanismide miniaturiseerimisel pole aga loodus veel endale inimestes vastast leidnud.Vaid mõnikümmend mikrogrammi kaaluvatel putukatel on piisavalt hea aju lennutrajektoori planeerimiseks ja vastupidavad tiivad sekundis sadade tiivalöökide tegemiseks, suutes samal ajal selleks kõigeks vajalikus koguses energiat vabastada.

Traditsioonilistes lennumasinates vajaliku tõstejõu saavutamiseks rakendatavate lahenduste kahandamisest sarnaste omadusteni jõudmiseks ei piisa. Tõstejõud jääb lihtsalt liialt väikeseks või on nendega seostuvate lisapindade pindala liialt suur, andes hõõrdejõu domineerimisele vaba tee. Ajakirjas Science  ilmunud uurimuses demonstreerib nüüd Kevin Ma juhitud töörühm kärbestest inspireeritud lahendust. Tulemusena valminud putuka mass on 80 mikrogrammi ning tiibade siruulatus kolm sentimeetrit.

 

Inspiratsiooni saadi origamist

Vajalike detailide loomisega seotud raskuste lahendamisel otsiti abi origamist. Esmalt valmistasid nad kergetest ja painduvatest materjalidest lehekesed ning varustasid need vajalikes kohtades hingedega. Lahendus võimaldas kiiresti ja kergesti kolmemõõtmelisi struktuure konstrueerida. Loodud tiivad sobivasse asetusse paigutades suutis töörühm passiivselt matkida kärbsetiibade liikumist – ülespoole tõustes on nende nurk kergelt erinev kui allapoole langedes, mis tagabki vajaliku tõstejõu.

Nende piisavalt kiiresti lehvitamiseks vajalike kunstlihaste ehitusel kasutati piesoelektrilist materjali, mis muudab elektrivoolu toimel oma kuju. Tehislihasega suutis Ma kolleegidega tõsta tiivalöökide sageduse 120 löögini sekundis. Leitud resonantssageduse säilitamine osutus niivõrd oluliseks, et roboti liikumise kontrollimiseks muudeti hoopis tiivalöökide kaarepikkust. Arvestades tõstejõu andva mehhanismi dünaamilisust, pidi kontrollsüsteem pidevalt lennutrajektoori korrigeerima. Vajalike muudatuste tegemiseks kulus ~12 ms ehk 2 ms kauem kui puuviljakärbsel.

Samas tuleb rõhutada, et vabalt lendavate putuka suuruste robotite loomine on veel kauge tulevik. Antud juhul oli robot ühendatud välise toiteallika ja kontrollsüsteemi külge peenikese kaabliga. Keskmiselt kestis iga tiivapaar veerand tundi, mil keskmine lennupikkus jäi 20 sekundi piirimaile . Ent sellest hoolimata annab lahenduse 19 mW suurune energiatarve lootust, et ollakse õigel teel.

 

 

Allikad: ERR, Science

Foto: wyss.harvard.edu

 

Toimetas Ksenia Kask