ทีมนักวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ ได้สังเคราะห์สร้างหุ่นยนต์แมลงที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถบินได้อย่างเต็มที่ในทุกทิศทาง

ทีมนักวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ ได้สังเคราะห์สร้างหุ่นยนต์แมลงที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถบินได้อย่างเต็มที่ในทุกทิศทาง

หุ่นยนต์วัดขนาดแมลงที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถบินได้อย่างเต็มที่ในทุกทิศทาง
24 พฤษภาคม 2566 โดย ทีมงานข่าว
ทีมนักวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ

ได้สังเคราะห์และใช้ตัวควบคุมการบินอิสระ 6 ระดับประสิทธิภาพสูงสำหรับ Bee ++ หุ่นยนต์บินขนาดแมลงที่ขับเคลื่อนด้วยปีกกระพือปีก 4 ข้างที่กระพือได้อย่างอิสระ

ด้วยปีกทั้งสี่ที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์และเส้นใยไมลาร์ รวมทั้งแอคชูเอเตอร์น้ำหนักเบาสี่ตัวเพื่อควบคุมปีกแต่ละข้าง ต้นแบบ Bee++ จึงเป็นรุ่นแรกที่บินได้อย่างเสถียรในทุกทิศทาง

ด้วยปีกทั้งสี่ที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์และเส้นใยไมลาร์ รวมทั้งแอคชูเอเตอร์น้ำหนักเบาสี่ตัวเพื่อควบคุมปีกแต่ละข้าง ต้นแบบ Bee++ จึงเป็นรุ่นแรกที่บินได้อย่างเสถียรในทุกทิศทาง

นักวิจัยพยายามพัฒนาแมลงบินเทียมมานานกว่าสามทศวรรษ

สักวันหนึ่งพวกมันอาจนำไปใช้กับงานหลายๆ อย่าง รวมถึงการผสมเกสรเทียม การค้นหาและช่วยเหลือในพื้นที่จำกัด การวิจัยทางชีววิทยา หรือการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม รวมถึงในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร

แต่เพียงแค่ให้หุ่นยนต์ตัวเล็กบินขึ้นและลงจอดได้ จำเป็นต้องมีการพัฒนาตัวควบคุมที่ทำหน้าที่เหมือนกับสมองของแมลง

Dr. Néstor Pérez-Arancibia นักวิจัยจาก Washington State University กล่าวว่า "มันเป็นการผสมผสานระหว่างการออกแบบและการควบคุมหุ่นยนต์

“การควบคุมนั้นใช้คณิตศาสตร์สูง และคุณออกแบบสมองเทียมประเภทหนึ่ง บางคนเรียกมันว่าเทคโนโลยีที่ซ่อนเร้น แต่ถ้าไม่มีมันสมองง่ายๆ ก็คงไม่มีอะไรทำงาน”

ดร. Pérez-Arancibia และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาผึ้งหุ่นยนต์สองปีก แต่มันถูกจำกัดในการเคลื่อนไหว

ในปี 2019 พวกเขาได้สร้างหุ่นยนต์สี่ปีกที่เบาพอที่จะบินขึ้นได้

ในการซ้อมรบสองครั้งที่เรียกว่าการขว้างหรือการกลิ้ง พวกเขาทำให้ปีกด้านหน้ากระพือในลักษณะที่แตกต่างจากปีกด้านหลังสำหรับการขว้าง และปีกด้านขวากระพือในลักษณะที่แตกต่างจากปีกด้านซ้ายสำหรับการกลิ้ง ทำให้เกิดแรงบิดที่หมุนหุ่นยนต์ไปรอบๆ แกนนอนหลักสองแกน

แต่การสามารถควบคุมท่าทางการหันเหที่ซับซ้อนนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากไม่มีหุ่นยนต์ หุ่นยนต์จะหลุดออกจากการควบคุม ไม่สามารถโฟกัสไปที่จุดใดจุดหนึ่งได้ จากนั้นพวกเขาก็พัง

“ถ้าคุณควบคุมการหันเหไม่ได้ แสดงว่าคุณถูกจำกัดอย่างมาก ถ้าคุณเป็นผึ้ง นี่คือดอกไม้ แต่ถ้าคุณควบคุมการหันเหไม่ได้ คุณก็จะหมุนตัวอยู่ตลอดเวลาเมื่อคุณพยายามจะไปถึงที่นั่น” ดร. เปเรซ-อารันซิเบียกล่าว

“การมีการเคลื่อนไหวในทุกองศาก็มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการหลบหลีกหรือการติดตามวัตถุ”

“ระบบไม่เสถียรอย่างมาก และปัญหาก็ยากสุดๆ เป็นเวลาหลายปีที่ผู้คนมีความคิดเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีควบคุมการหันเห แต่ไม่มีใครสามารถทำได้เนื่องจากข้อจำกัดในการกระตุ้น”

เพื่อให้หุ่นยนต์ของพวกเขาบิดในลักษณะที่ควบคุมได้ นักวิจัยใช้สัญญาณจากแมลงและขยับปีกเพื่อให้พวกมันกระพือปีกในระนาบมุม

พวกเขายังเพิ่มจำนวนครั้งต่อวินาทีที่หุ่นยนต์ของพวกเขาสามารถกระพือปีกได้ — จาก 100 เป็น 160 ครั้งต่อวินาที

“ส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหาคือการออกแบบทางกายภาพของหุ่นยนต์ และเรายังได้คิดค้นการออกแบบใหม่สำหรับตัวควบคุม ซึ่งเป็นสมองที่บอกให้หุ่นยนต์รู้ว่าต้องทำอะไร” ดร. Pérez-Arancibia กล่าว

“ด้วยน้ำหนัก 95 มก. ปีกกว้าง 33 มม. Bee++ ยังใหญ่กว่าผึ้งจริงซึ่งหนักประมาณ 10 มม.”

“ต่างจากแมลงจริงตรงที่มันสามารถบินได้เองครั้งละประมาณห้านาทีเท่านั้น ดังนั้นมันจึงถูกล่ามไว้กับแหล่งพลังงานเป็นส่วนใหญ่ผ่านสายเคเบิล”

“เรากำลังทำงานเพื่อพัฒนาหุ่นยนต์แมลงประเภทอื่นๆ รวมถึงโปรแกรมรวบรวมข้อมูลและเครื่องสไตรเดอร์น้ำใหม่ล่าสุดด้วย