Agile drones ter grootte van een insect

Insecten kunnen tijdens de vlucht opmerkelijk acrobatisch en veerkrachtig zijn. Die eigenschappen helpen hen door de luchtwereld te navigeren, met windstoten, obstakels en algemene onzekerheid. Onderzoekers hebben drones ter grootte van een insect ontwikkeld met vergelijkbare behendigheid en veerkracht. De luchtrobots worden aangedreven door een nieuwe klasse van zachte actuatoren waarmee ze de fysieke beproevingen van vluchten in de echte wereld kunnen weerstaan. De robots zouden ooit mensen kunnen helpen door gewassen te bestuiven of machine-inspecties uit te voeren in krappe ruimtes.

Meestal hebben drones grote open ruimtes nodig omdat ze niet wendbaar genoeg zijn om door krappe ruimtes te navigeren en ook niet robuust genoeg zijn 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 hun efficiëntie verliezen naarmate ze kleiner worden. Voor drones ter grootte van een insect was het alternatief het gebruik van een kleine, stijve actuator die is gemaakt van piëzo-elektrische keramische materialen. Hoewel piëzo-elektrisch keramiek de eerste generatie kleine robots de mogelijkheid gaf om te vliegen, zijn ze behoorlijk kwetsbaar. En dat is een probleem als je een robot bouwt om een ​​insect na te bootsen - foeragerende hommels krijgen ongeveer eens per seconde een botsing.

Het team ontwierp een meer veerkrachtige kleine drone met behulp van zachte actuatoren in plaats van harde, fragiele. De zachte actuatoren zijn gemaakt van dunne rubberen cilinders die zijn gecoat in koolstofnanobuisjes. Wanneer er spanning op de koolstofnanobuisjes wordt gezet, produceren ze een elektrostatische kracht die de rubberen cilinder samenknijpt en verlengt. Herhaalde verlenging en samentrekking zorgen ervoor dat de vleugels van de drone bijna 500 keer per seconde slaan, waardoor de drone een insectachtige veerkracht krijgt. De drones kunnen tijdens het vliegen worden geraakt 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 hommel. De drone lijkt een beetje op een klein cassettebandje met vleugels, hoewel het team werkt aan een nieuw prototype in de vorm van een libel.

Vanwege de inherente compliantie van de zachte actuatoren kan de robot veilig tegen obstakels aanlopen zonder de vlucht sterk te belemmeren. Deze functie is zeer geschikt voor vluchten in rommelige, dynamische omgevingen en kan zeer nuttig zijn voor een groot aantal toepassingen in de echte wereld. Een belangrijke stap in de richting van die toepassingen is het loskoppelen van de robots van een bekabelde stroombron, die momenteel vereist is door de hoge bedrijfsspanning van de actuatoren.

De mini-drones kunnen door complexe machines navigeren om veiligheid en functionaliteit te garanderen; bijvoorbeeld bij het inspecteren van een turbinemotor. De drone moet met een kleine camera door een afgesloten ruimte bewegen om te controleren op scheuren in de turbineplaten. Andere mogelijke toepassingen zijn onder meer kunstmatige bestuiving van gewassen of het voltooien van zoek- en reddingsmissies na een ramp.

Contactgegevens