Insect-schaal zwervende drones: precisievlucht voor industriële en landbouwkundige taken

Insecten kunnen opmerkelijk acrobatisch en veerkrachtig zijn in vlucht. Die eigenschappen helpen hen de luchtte navigeren, met windvlagen, obstakels, en algemene onzekerheid. Onderzoekers hebben insect-grote drones ontwikkeld met vergelijkbare behendigheid en veerkracht. De luchtrobots worden aangedreven door een nieuwe klasse van zachte actuatoren die hen in staat stellen de fysieke belasting van real-world vlucht te weerstaan. De robots kunnen op een dag de mens helpen door gewassen te bestuiven of machine-inspecties uit te voeren in krappe ruimtes.

Doorgaans vereisen drones wijd open ruimtes omdat ze noch behendig genoeg zijn om beperkte ruimtes te navigeren, noch robuust genoeg om botsingen in een menigte te weerstaan. Zeer kleine drones vereisen een fundamenteel andere constructie dan grotere. Grote drones worden meestal aangedreven door motoren, die efficiëntie verliezen naarmate ze krimpen. Voor insect-grote drones was de alternatief om een kleine, starre actuator te gebruiken gebouwd van piezo-elektrisch keramisch materiaal. Hoewel piezo-elektrische keramiek de eerste generatie kleine robots in vlucht liet komen, zijn ze vrij kwetsbaar. En dat is een probleem wanneer u een robot bouwt om een insect na te bootsen — zoekende hommelbijen ondervinden ongeveer een botsing per seconde.

Het team ontwierp een veerkrachtigere kleine drone met zachte actuatoren in plaats van harde, kwetsbare. De zachte actuatoren zijn gemaakt van dunne rubbercilinders gecoat met koolstofnanobuizen. Wanneer spanning wordt toegepast aan de koolstofnanobuizen, produceren ze een elektrostatische kracht die de rubbercilinder samendrukt en utrekt. Herhaalde utrekking en samendrukking veroorzaken dat de vleugels van de drone bijna 500 keer per seconde kloppen, wat de drone insect-achtige veerkracht geeft. De drones kunnen geraakt worden tijdens het vliegen en herstellen en kunnen ook agressieve manoeuvres uitvoeren zoals salto's in de lucht. De drones wegen 0,6 gram of ongeveer de massa van een grote hommelbij. De drone lijkt een beetje op een klein cassettebandje met vleugels, hoewel het team werkt aan een nieuwe prototype gevormd als een libel.

Vanwege de inherente compliance van de zachte actuatoren, kan de robot veilig in obstakels botsen zonder de vlucht sterk te belemmeren. Deze eigenschap is geschikt voor vlucht in verstrooide, dynamische omgevingen en kan zeer nuttig zijn voor een willekeurig aantal real-world toepassingen. Een cruciale stap naar die toepassingen zal het loskoppelen van de robots van een bedrade energiebron zijn, wat momenteel vereist wordt door de hoge werkspanning van de actuatoren.

De mini-drones kunnen complexe machineergezichten navigeren om veiligheid en functionaliteit te waarborgen; bijvoorbeeld bij het inspecteren van een turbijnmotor. De drone moet zich in een afgesloten ruimte met een kleine camera bewegen om te controleren op scheuren in de turbijnplaten. Andere potentiële toepassingen omvatten kunstmatige bestuiving van gewassen of het voltooien van zoek-en-reddingsmissies na een ramp.

Contactinformatie