Благодаря четырем крыльям, изготовленным из углеродного волокна и майлара, а также четырем легким приводам для управления каждым крылом, пчела⁺⁺ прототип - первый, который стабильно летает во всех направлениях. Это включает в себя сложное вращательное движение, известное как рыскание, с пчелой⁺⁺ полностью достигая шести степеней свободы передвижения, которые присущи типичному летающему насекомому.

Исследователи под руководством Нестора О. Переса-Аранчибиа, адъюнкт-профессора Флаэрти в Школе механики и материаловедения WSU, сообщают о своей работе в журнале, Транзакции IEEE по робототехнике Перес-Аранчибия представит результаты на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации в конце этого месяца.

По словам Переса-Аранчибиа, исследователи пытаются создать искусственных летающих насекомых уже более 30 лет. Когда-нибудь они могли бы быть использованы для многих применений, в том числе для искусственного опыления, поисково-спасательных работ в стесненных условиях, биологических исследований или мониторинга окружающей среды, в том числе во враждебных средах.

Но просто для того, чтобы заставить крошечных роботов взлетать и приземляться, потребовалась разработка контроллеров, которые действовали бы так, как это делает мозг насекомого.

"Это смесь роботизированного проектирования и управления", - сказал он. "Управление в высшей степени математично, и вы создаете что-то вроде искусственного мозга. Некоторые люди называют это скрытой технологией, но без этих простых мозгов ничего бы не сработало".

Первоначально исследователи разработали двукрылую роботизированную пчелу, но она была ограничена в передвижении. В 2019 году Перес-Аранчибия и двое его аспирантов впервые построили четырехкрылого робота, достаточно легкого, чтобы взлететь. Чтобы выполнить два маневра, известные как качка или перекатывание, исследователи заставляют передние крылья махать иначе, чем задние, для качки, а правые крылья махать иначе, чем левые, для переката, создавая крутящий момент, который вращает робота вокруг двух его основных горизонтальных осей.

Но способность управлять сложным движением рыскания чрезвычайно важна, сказал он. Без этого роботы выходят из-под контроля и не могут сосредоточиться на какой-либо точке. Затем они терпят крах.

"Если вы не можете контролировать рыскание, значит, вы очень ограничены", - сказал он. "Если ты пчела, то вот цветок, но если ты не можешь контролировать рыскание, ты все время вращаешься, пытаясь добраться туда".

Наличие всех степеней свободы передвижения также критически важно для маневров уклонения или слежения за объектами.

"Система крайне нестабильна, и проблема очень сложная", - сказал он. "В течение многих лет у людей были теоретические представления о том, как контролировать рыскание, но никто не мог достичь этого из-за ограничений в приводе".

Чтобы позволить своему роботу поворачиваться контролируемым образом, исследователи взяли пример с насекомых и переместили крылья так, чтобы они махали в наклонной плоскости. Они также увеличили количество взмахов крыльями, которые их робот может совершать в секунду, - со 100 до 160 раз в секунду.

"Частью решения был физический дизайн робота, и мы также изобрели новый дизайн контроллера - мозга, который сообщает роботу, что делать", - сказал он.

Пчела весом 95 мг с размахом крыльев 33 миллиметра⁺⁺ это все еще больше, чем у настоящих пчел, которые весят около 10 миллиграммов. В отличие от настоящих насекомых, он может летать автономно только около пяти минут за раз, поэтому в основном он привязан к источнику питания с помощью кабеля. Исследователи также работают над разработкой других типов роботов-насекомых, включая краулеров и водоносов.

Бывшие аспиранты Перес-Арансибии в Университете Южной Калифорнии Райан М. Бена, Сюфэн Ян и Ариэль А. Кальдерон стали соавторами статьи. Работа финансировалась Национальным научным фондом и DARPA. Фонд WSU и клуб Palouse Club в рамках программы WSU "Клетка для пумы" также оказали поддержку.