Чен, сотрудник департамента электротехники и компьютерных наук и Исследовательской лаборатории электроники, разработал беспилотные летательные аппараты размером с насекомое, обладающие беспрецедентной ловкостью и устойчивостью. Воздушные роботы оснащены новым классом мягких приводов, что позволяет им выдерживать физические нагрузки в реальном полете. Чен надеется, что роботы однажды смогут помогать людям, опыляя сельскохозяйственные культуры или проверяя оборудование в стесненных условиях.

Работа Чена появилась в этом месяце в журнале Транзакции IEEE по робототехнике. Его соавторами являются аспирант Массачусетского технологического института Чжицзянь Рен, аспирант Гарвардского университета Сийи Сюй и робототехник Городского университета Гонконга Пакпонг Чирараттананон.

Как правило, дронам требуются широкие открытые пространства, потому что они недостаточно проворны, чтобы перемещаться в ограниченном пространстве, и недостаточно прочны, чтобы противостоять столкновениям в толпе. "Если мы посмотрим на большинство дронов сегодня, они обычно довольно большие", - говорит Чен. "Большинство их применений связаны с полетами на открытом воздухе. Вопрос в следующем: можете ли вы создать роботов размером с насекомое, которые могут передвигаться в очень сложных, загроможденных пространствах?"

По словам Чена, "задача создания небольших воздушных роботов огромна". Дроны размером с пинту требуют принципиально иной конструкции, чем более крупные. Большие дроны обычно приводятся в действие двигателями, но двигатели теряют эффективность по мере их уменьшения. Итак, говорит Чен, для насекомоподобных роботов "вам нужно искать альтернативы".

Основной альтернативой до сих пор было использование небольшого жесткого привода, изготовленного из пьезоэлектрических керамических материалов. В то время как пьезоэлектрическая керамика позволила первому поколению крошечных роботов взлететь, они довольно хрупкие. И это проблема, когда вы создаете робота, имитирующего насекомое - добывающие пищу шмели сталкиваются примерно раз в секунду.

Чен разработал более устойчивый крошечный беспилотник, используя мягкие приводы вместо жестких и хрупких. Мягкие приводы изготовлены из тонких резиновых цилиндров, покрытых углеродными нанотрубками. Когда к углеродным нанотрубкам прикладывается напряжение, они создают электростатическую силу, которая сжимает и удлиняет резиновый цилиндр. Повторяющееся удлинение и сжатие заставляет крылья дрона биться - быстро.

Приводы Чена могут взмахивать почти 500 раз в секунду, придавая дрону устойчивость, подобную насекомому. "Вы можете ударить его, когда он летит, и он может восстановиться", - говорит Чен. "Он также может выполнять агрессивные маневры, такие как кувырки в воздухе". И весит он всего 0,6 грамма, что примерно соответствует массе крупного шмеля. Беспилотник немного похож на крошечную кассету с крыльями, хотя Чен работает над новым прототипом в форме стрекозы.

Создание роботов, похожих на насекомых, может открыть окно в биологию и физику полета насекомых, что является давним направлением исследований для исследователей. Работа Чена решает эти вопросы с помощью своего рода обратного инжиниринга. "Если вы хотите узнать, как летают насекомые, очень поучительно построить масштабную модель робота", - говорит он. "Вы можете изменить несколько вещей и посмотреть, как это влияет на кинематику или как изменяются силы жидкости. Это поможет вам понять, как эти штуки летают". Но Чен стремится сделать больше, чем просто добавить в учебники по энтомологии. Его беспилотные летательные аппараты также могут быть полезны в промышленности и сельском хозяйстве.

Чен говорит, что его мини-воздухоплаватели могли управлять сложными механизмами, чтобы обеспечить безопасность и функциональность. "Подумайте о проверке турбинного двигателя. Вы бы хотели, чтобы беспилотник передвигался по [замкнутому пространству] с небольшой камерой, чтобы проверять наличие трещин на пластинах турбины ".

Другие потенциальные области применения включают искусственное опыление сельскохозяйственных культур или выполнение поисково-спасательных операций после стихийного бедствия. "Все эти вещи могут быть очень сложными для существующих крупномасштабных роботов", - говорит Чен. Иногда чем больше, тем не лучше.