Drones Terbaik: Bagaimana Serangga mengajarkan para saintis Swiss untuk Membina Drone yang lebih baik

Anda boleh dimaafkan kerana berfikir bahawa robot yang paling tahan lama, paling tahan lama akan menjadi semacam rangka aloi ultra-keras, logam seperti Terminator, tetapi kadang-kadang lembut dan fleksibel adalah cara untuk pergi.

Minggu ini, para jurutera di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) di Switzerland menerbitkan hasil usaha mereka untuk membuat drone quadcopter yang sangat kemas dan fleksibel dalam jurnal Sains Robotik.

Seperti semakin banyak microrobots yang sedang berkembang, pesawat ini juga meminjam beberapa elemen reka bentuk mereka dari seni bina dilipat ringan origami. Tetapi, para penyelidik memberitahu Sebaliknya, dengan satu perbezaan utama: Reka bentuk, komposit baru yang cukup fleksibel untuk menyerap kerosakan, tetapi cukup teguh untuk kekal aerodinamik, dan diilhamkan oleh sifat bahan sayap serangga.

"Kebanyakan struktur origami diperbuat daripada bahan-bahan laminasi yang tegar dan sendi tegar (iaitu sendi yang tidak dapat diperbuat daripada polyimide atau nilon) yang membawa kepada batasan," kata Stefano Mintchev, penyelidik pasca doktoral di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) di Switzerland. "Origamis tegar rapuh, cenderung merobek, dan mudah gagal apabila beban terlalu banyak semasa perlanggaran."

Zhi Ern Teoh, seorang jurutera mekanikal yang terlatih Harvard yang telah membangunkan microrobots yang diilhamkan oleh origami sendiri, memberitahu Songsang dia kagum dengan kerja pasukan Lausanne.

"Oleh kerana spar sayap utama benar-benar tegar, apabila ia mencetuskan halangan, sayap boleh pecah," jelas Teoh. "Apa yang mereka lakukan dengan menyesuaikan 'ambang ambang' - ambang di mana suis dari tegar menjadi lembut - saya fikir itu kunci utama untuk struktur yang perlu menahan impak."

Pada teras inovasi kumpulan Swiss adalah lapisan anjal yang terbentang, semacam band getah yang sangat ingin kembali ke bentuk. Lapisan ini kemudian dikelilingi dan diikuti dengan exoskeleton yang lebih tegar. Ia agak serupa dengan salah satu boneka kayu push-up yang meleleh dan runtuh apabila anda melonggarkan tali di dalamnya. Apabila kesannya, drone membengkok pada sendi terbahagi, dengan lapisan regangan elastik. Kemudian, ia kembali ke bentuk yang bersedia untuk terus terbang.

Sudah tentu, pembinaan tidak boleh terlalu fleksibel sama ada, dan mendapati bahawa keseimbangan yang halus adalah kepakaran kejuruteraan bahan EPFL pasukan masuk.

"Sekiranya daya ambang terlalu rendah," Teoh berkata, "quadcopter tidak akan dapat berlepas, bukan? Kerana saat anda menghidupkan tujahan penuh, tujulah akan runtuh struktur itu."

Anda boleh membayangkan sekumpulan perkara yang berlaku: kipas boleh menyebabkan satu sama lain; mereka boleh melukis sayap dengan arah yang berasingan, pada asasnya melukis dan menganggarkan drone tersebut. Ia akan menjadi kenyataan, kacau ganggu. Menemukan kekuatan tegangan yang betul, iaitu ambang di mana lentur akan diinginkan, mengambil mempelajari ciri-ciri yang serupa dalam sayap serangga, menurut Mintchev.

"Cabaran untuk menjahit secara strategik dan ketegaran dalam struktur yang dilipat dikuasai oleh serangga," kata Mintchev. "Sayap origami berevolusi mereka terdiri daripada jubin tegar kutikula yang disambungkan melalui sendi resilin lembut."

Mintchev dan kumpulan melihat aplikasi lain untuk reka bentuk ini juga, termasuk mekanisme pencengkokan yang lebih fleksibel, yang telah mereka prototaip.

Sesetengah manfaat untuk reka bentuk ini termasuk cengkaman yang kurang berkemungkinan untuk memecahkan sesuatu yang rapuh yang ia cuba untuk mengambil, dan cengkaman yang tidak mampu mengangkat sesuatu di luar kemampuannya (hanya untuk menjatuhkan risiko itu, kemudian).

"Trend semasa dalam robotik adalah untuk mewujudkan robot yang lebih lembut," menurut Dario Floreano, pengarah Makmal Sistem Pintar EPFL dan penulis lain di atas kertas baru, "yang boleh menyesuaikan diri dengan fungsi tertentu dan beroperasi dengan selamat di samping manusia."

Menjadi lembut, dengan cara tersendiri, adalah tanda kekuatan - sesuatu yang Robot Terminator keras-pantat perlu diperhatikan.