[استعراض فاز جي الجديدة اليوم، دراسة الثقيلة التي نشرت في الغلاف الطبيعة: جامعة هارفارد وضعت تاريخا من أخف الروبوتات الطائرة مستقلة! النحل الروبوت فقط 259 ملليغرام، والطاقة الشمسية فقط تكون قادرة على تحقيق مستدامة، وهروب مطلقة!
في وقت مبكر من عصر الحيوانات تحلق ليوناردو دا فينشي لتحفيز الاستكشاف للروح البشرية، وكان الناس يحاولون تقليد الطبيعة الحيوانية الطيران، إلى إنشاء جهاز يمكن ترفرف أجنحتها الطيران.
اليوم طبيعة قصة غلاف مجلة في قبل الباحثين البروفيسور روبرت وود J. أدى في جامعة هارفارد مختبر الروبوت الصغير أظهرت قبالة التناظرية تصنيع الروبوتات الحشرات الطائرة، وهي الروبوتات النحل أربعة الجناحين، يسمونه RoboBee X-الجناح .
مطالبة الباحثين هذا هو إلى حد بعيد أخف طائرة الحشرات، والذي يستخدم الخلايا الشمسية، ويمكن أن تستمر لمصدر الضوء طالما، ويطير دون قيود .
هو من وحي الروبوت عن طريق الحشرات أخف الطائرات من أي وقت مضى ، ويمكن تحقيق رحلة متواصلة دون الحاجة إلى توصيل سلك الطاقة.
RoboBee X-الجناح 259 ملغ الوزن وأخف وزنا من مشبك الورق، جناحيها ما يقرب من 3.5 سم .
وهو يتألف من وزنها حوالي 10 ملغ من البطاريات الشمسية مصغرة، تتم مقارنة مصباح مع سلسلة من عيد الميلاد أضواء LED يقود RoboBee المطلوب أقل للطاقة.
مقارنة مع الروبوت السابق تحلق الصغيرة، وهذا RoboBee نسبة أفضل ناقل الحركة، وتحسين التنفيذ، فضلا عن جناح إضافي لبعضهم البعض.
هذه التحسينات تجعل هذا الروبوت الصغير لديها ما يكفي من رفع، يمكن أن يكون (6) والخلايا الشمسية تحمل معدات الإلكترونية المحمولة جوا .
وقال الباحثون أن النحل الروبوت مطلقة يمكن استخدامها لاستكشاف البعثات البيئة، البحث والإنقاذ، وهلم جرا.
انظر الفيديو:
هناك أربعة أجنحة الروبوت النحل: 259 ملغ، والطاقة الشمسية
وعادة ما تكون مصممة النحل الروبوت السابقة لتكون جدا مثل النحل، النحل مع جناحين ترفرف حول نفس الحجم. بعد كل شيء، مع جناحين النحل يمكنك أن تفعل الكثير من الأشياء، لذلك لماذا الروبوت لا تستطيع أن تفعل؟
اتضح أن هناك أجنحة الروبوت الصغير أنه لم يستطع القيام به، وقد ثبت صعبة لأسباب عديدة، مثل مشاكل السيطرة ياو النحل. هذا هو السبب في استخدام أربعة أجنحة بدلا من واحدة النحل أقل تصميم مماثل جذابة جدا لجناحي هذا.
وبالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع ذات الأجنحة الثابتة ترفرف الجناح طائرات بدون طيار وطائرات الهليكوبتر الروبوت أربعة الدوار، وهناك بعض المزايا المحتملة. ترفرف أجنحة الحيوانية والجهاز درجة عالية من المرونة والمحمول - على سبيل المثال، يمكن أن الخفافيش تطير بسهولة الأقبية والكهوف والغابات الكثيفة. بالإضافة إلى ذلك، ترفرف أجنحة عادة أبطأ من سرعة طرف المروحة، وبالتالي أكثر هدوءا، وإذا ضربوا الناس، والضرر هو أيضا أصغر.
تحقيق حجم الحشرات الروبوتات المحلقة لها ثلاثة تحديات محددة.
أولا وقبل كل شيء، لصناعة الروبوتات يجب أن تكون المواد على حد سواء قوية وخفيفة الوزن .
ثانيا، مصممة البشر المشغل الميكانيكي (الطاقة إلى وسائل النقل) و بطارية لا يزال بعيدا عن تحقيق القوة والطاقة كثافة الأنسجة البيولوجية.
ثالثا، الحيوان التي تستخدم عادة للحفاظ على رحلة مستقرة والتلاعب الاستشعار عن بعد والتحكم الخوارزميات مجمع بشكل لا يصدق. حتى مع الخارقة، وأنه من الصعب أن رحلة الحيوان محاكاة الخوارزمية، على الرغم من أن الحشرات الدماغ النموذجي هو فقط ما يقرب من مليون خلية عصبية - أن أمر من حجم أقل من عدد من المكونات سوبر تجهيز نظام الكمبيوتر.
وبطبيعة الحال، والعمل Jafferis الفريق ليس هو أول روبوت مستقل الطاقة الحشرات الخفقان رحلة الجناح. وفي العام الماضي، ICRA، فريق من جامعة واشنطن على الشاشة من أجنحة الروبوت، عند محاذاة الليزر من الخلايا الشمسية، فإنه يمكن أن تقلع. ولكن النحل الروبوتية في جامعة هارفارد لا يمكن مجرد "تقلع"، ويمكن أن تستمر ليطير في الهواء.
هيكل RoboBee X-الجناح للروبوت كما هو مبين في الشكل. تتطلب رحلة مستمرة لدينا امدادات الطاقة مستمر، وإمدادات الطاقة وخفيفة الوزن. الحشرات قبل الروبوت، وكابلات الكهرباء هو واضح ليس.
بمهارة يتجنب مشاكل كابلات الكهرباء، ولكن الألواح الشمسية في الجزء العلوي من النحل الروبوت. في ارتفاع كثافة الإضاءة مصدر للضوء، والألواح الشمسية لتوفير حوالي 120 ملي واط من الطاقة، أي ما يكفي لدفع فقط 259 ملغ من أنظمة الطيران.
جوهر هو RoboBee ترفرف نظام الجناح المصنوعة من المواد المركبة، تكنولوجيا معالجة الليزر . هذا هو سمة من سمات فريق البحث أنهم ينتمون إلى فريق من الباحثين في جامعة هارفارد الروبوت مصغرة المختبر. طور فريق تصميم وتصنيع الأدوات، وتطورت تنضج تماما وتصبح صناعة قيمة من الروبوتات الصغيرة (وتحسد عليها) الموارد.
عيب واحد هو أن المواد كهرضغطية، على الرغم من أنها قد بذل قوة كبيرة على المواد، ولكنها يمكن أن تتسبب في تشريد طفيف، ومطلوب الجهد العالي. مفتاح التقدم في العمل الحالي هو لتحسين انتقال الميكانيكية، فمن الممكن لتوليد القوة المناسبة، وضعت الدوائر الإلكترونية وخفيفة الوزن، 200 فولت إلى قوة نبض الجهد المنخفض التي تولدها الألواح الشمسية إلى المواد كهرضغطية المطلوبة .
كل من هذه المكونات معا، وتشكل في نهاية المطاف طويل القامة، النحلة رقيقة تحلق آلات، والألواح الشمسية هو تخيم على نظام الجناح، يتم تعليق جهاز الكتروني تحت الأجنحة.
ومن المؤكد انه ليس على معظم الطائرات الجميلة، ولكن عندما ضوء مشرق، سيتم إطلاقه ومستدامة ومستقلة، وهروب غير المقيدة .
أدناه، قدمنا بطارية النحل الروبوت، وأجنحة وثلاثة عناصر أساسية من لوحات الدوائر الإلكترونية.
لماذا هي الأجنحة الأربعة؟ النحل الروبوت ثلاثة عناصر أساسية حلها
في السنوات الأخيرة، وتطوير الناس، وكان "مستوى سينانياكي" (شبه غرام) مصلحة قوية في الطائرة، وكان من المتوقع على نطاق واسع في حركية عالية من هذه المركبات الذاتية يمكن استخدامها على نطاق واسع في مجال الرصد البيئي، في التنقل مكان ضيق. ومع ذلك، وحجم ملم الطائرات (وMAV) الحصول على أصغر وأصغر، والحاجة إلى استخدام استراتيجيات مختلفة يشتغل سابقا، استنادا إلى البنية الداخلية للانحراف، والناجمة عن حجم صغير للغاية في التغلب على العديد من القيود. تقليل حجم مشكلة الأداء الحركي الكهرومغناطيسي، ويزيد من الاحتكاك الناجم عن فقدان تحمل التقليدي.
طائرات في ملليمتر، والمحرك كهرضغطية اختيار عموما المصادر، لما لها من نطاق وكثافة قوة L ^ -1 (حيث L هو طول المحرك)، وعملية تتأرجح من المحرك قد الجناح نتوقع مباراة رياضية جيدة. التقدم في تصنيع والتكنولوجيا التجمع زيادات أخرى الشدة في تطبيقات نظام الجزئي في مجال الروبوتات. ومع ذلك، يجب أن هذه الرحلة الطائرات تعتمد على أنظمة إمدادات الطاقة والسيطرة الخارجية.
في هذه المقالة، نحن داخل طائرة "الطبقة حشرة" الوزن منخفضة للغاية القوة المتكاملة ومولد إشارة (FIG 1A)، من أجل تحقيق استدامة إرفاق ملفات رحلة مجانية (FIG 1B). أطلقنا هذه الطائرة RoboBee XWing (الشكل 2A).
FIG 1: RoboBee XWing وأداء الطائرات. لذلك، فقط كتلة الطائرة 90 ملغ، spanwise أربعة الجناح 3.5 سم. المتمركزة الخلايا الشمسية 3 سم فوق المركبة، وذلك لمنع التدخل في الجناح الهوائية. المتمركزة الالكترونيات محرك مركز الكتلة ومركز محاذاة الضغط. النظام بأكمله متكامل يزن 259 ملغ، 6.5 سم ارتفاع. ب، لا الطائرات إرفاق ملفات أثناء الطيران عن طريق وضع تصوير الفيديو. مباشرة فوق مصدر الضوء المقدمة خارج إطار حوالي ثلاثة أضعاف شدة الضوء من الشمس. كابل كيفلر متصلة الخلية مجموعة الشمسية إلى بر الأمان ضمان رحلة.
الشكل 2 | تصميم الطائرات. لذلك، RoboBee XWing. ب، والألومينا جسر كهرضغطية المحرك (PZT محولات كهرضغطية). C، عن قرب عرض خطة للطائرة ويمكن رؤية أن كل آلية المحرك متصلا جناحي (الجانب الأيسر، في رسم تخطيطي للطائرات) ومتصلة مع بعضها المحرك هيكل الجناح (يمين للطائرات من قبل) المقارنة. يتم إصلاح جزأين الجناح الصفراء لمحولات الإرسال. وبالإضافة إلى ذلك، فإن مركز التناوب لنسبة انتقال يظهر T الجناح والسكتة الدماغية. د، في ظروف ذروة رفع التشغيل (210 V، 165 هرتز)، جناح التغييرات الهوائية مع مرور الوقت. FIG.
وبالنظر إلى حالة الطائرة والالكترونيات محرك وقوة الرفع والوزن والقوة والكفاءة، لتحقيق رحلة المطلوب بدون ملحقات 5-7 يتوافق مع شدة الضوء من الشمس (الأحد م 2 1kW)، وهذا الشرط لا يمكن أن تتحقق. نهجنا التصميم الجديد لحل هذه المشكلة (الشكل 2A). وهو أول تحسنا (الشكل 2B) من تصميم المحرك، ونسبة الحد من العتاد (نسبة زاوية الجناح من طرف انحراف المحرك السكتة الدماغية) بحيث ذروة رفع زيادة 38 (مع الحفاظ على ثابت حجم المحرك).
من أجل تحقيق تحسن كبير في الرفع من دون زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة من خلال خفض معدل حركة الجناح، يتم زيادة مساحة الجناح طريقة تنفيذها، والسلطة = القوة السرعة. أكثر طريقة فعالة في زيادة هو زيادة مساحة الجناح المزيد من الأجنحة (الشكل 2C)، وأربعة جناح الطائرة يمكن أن تصل إلى كفاءة 30.
الشكل (3): الالكترونيات محرك الأقراص. لذلك، فإن الموجي القيادة تنتج نفس الحركة ثلاثة الجناح. ب، مخطط الرسم البياني ثنائي الاتجاه لتحويل فلايباك. هو مساهمة الجهد VIN، CIN هو السعة المدخلات، QL هي مفاتيح منخفضة، DL الصمام الثنائي هو أدنى، LP للمحول متعرجا الابتدائي وLS هو محول المتعرجة الثانوية، QH هي مفاتيح عالية، DH الصمام الثنائي مرتفع، VO هو انتاج التيار الكهربائي. C، دائرة كاملة، من بينهم اثنان من تحويل فلايباك ثنائي الاتجاه من B (الأرجواني)، واثنين من القيادة رقاقة كهرضغطية (المسمى "المحرك"). التناظرية إلى المحول الرقمي وحدة تحكم الدقيقة (MCU) في (ADC) (برتقالي) رصد لوحة A (V A) أو لوحة B (V B) من انتاج التيار الكهربائي. النتائج من جدول بحث مع الجهد V المطلوب قصر تتم مقارنة، ويولد إشارة نبض التبديل المقابلة. د، الموافق الجزء ج الحقيقية للFIG.
FIG 4 | القيادة التخطيطي إشارة كهربائية. لذلك، وجهة نظر مستعرضة من المحرك، والتي تبين الجهد اسمه الاتجاه الاستقطاب (الأسهم الحمراء) واتجاه الانحناء (السهم الأزرق). ب، يتم تطبيق قياس الجهد الفعلي للطائرة. وعلى سبيل المقارنة، فإننا مؤامرة المثالية مسطحة إشارة الجهد الجيبية (بي بي = 193 V، و = 174 هرتز، والجهد يضاف 8.4 V لتتناسب مع .C البيانات تعويض، والمقابلة مساهمة الجهد (V IN)، V OC .D الجهد الدائرة المفتوحة من مجموعة من الخلايا الضوئية، والبيانات المقاسة (V فرق) ومقارنة اتساع التوافقيات القليلة الأولى المثالية شقة الجيبية.
5-7 شموس تقلع! الأمثل في المستقبل مساحة ضخمة
الجهاز نفسه هو إنجاز مثير للإعجاب، على قدم المساواة تستحق من الاهتمام هو الفريق النمذجة والتصميم لوصف مفصل لهذا النظام هو. تحلق النحل الجهاز ليس فقط للجمع بين كل عنصر من العناصر. كما يعكس وزنها التوازن والقوة والسيطرة والقوة، والمرونة، وحتى التكلفة وعوامل أخرى لتحقيقه.
هناك الكثير من العمل للقيام به، ونحن لم نصل تماما النقطة التي المجموعة الروبوت سوف يطير في السماء. قال باحثون Jafferis وزملاؤه الروبوت يحتاج الضوء المكثف لإنتاج ما يكفي من الطاقة لخلع (كثافة 5-7 مرات على الأقل الشمس) عمل المستقبل هو للحد من الطلب على الكهرباء إلى قوة أشعة الشمس يمكن أن تقدم.
وبالإضافة إلى ذلك، هذا الروبوت طار أقل من ثانية واختفت عن الأنظار، ومن المرجح أن يكون الهبوط القسري. قبل RoboBee X-الجناح رحلة مستقلة حقا، ونحن بحاجة إلى تنفيذ أعمال التصميم الأمثل.
طبيعة عنوان الورقة:
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1322-0
