Il volo dei robot libellula

Un giorno, le forze armate statunitensi sperano di utilizzare minuscoli robot volanti, dotati di telecamere e sensori, per la sorveglianza. Ma tali robot dovrebbero essere in grado di aggirare gli ostacoli, trasportare pesi ed essere abbastanza efficienti da volare per lunghi periodi di tempo. Un gruppo di ricercatori ritiene che la chiave per realizzare un robot del genere potrebbe risiedere nella libellula.

Battere le ali: Gli scienziati dell'Università di Ulm hanno utilizzato una libellula robotica, alta circa 10 centimetri, immersa nel liquido per misurare le forze aeree attorno alle ali svolazzanti della libellula. Le linee verdi intorno al motore sono laser che si riflettono sulle bolle d'aria, indicando le forze di portanza aerodinamica create dalle ali.

Le libellule sono una delle poche creature che utilizzano quattro ali controllate in modo indipendente per volare, consentendo loro di librarsi, sfrecciare, planare, spostarsi all'indietro e cambiare rapidamente direzione. Cercando di comprendere tali capacità, gli scienziati del Royal Veterinary College, in Inghilterra, e dell'Università di Ulm, in Germania, hanno sviluppato una libellula robotica per misurare i flussi di corrente sopra e sotto le ali a diversi cicli di flap. Sebbene la maggior parte degli scenari di volo della libellula non fosse efficiente, il team ha scoperto che se le ali inferiori battono leggermente davanti alle ali superiori, il doppio set di ali si dimostra più efficiente nel generare portanza, impiegando il 22% in meno di potenza per sollevare lo stesso peso come una singola coppia.

L'unico vantaggio specifico che si ottiene in quattro ali è la manovrabilità e la capacità di raccogliere oggetti dall'aria e librarsi e sfrecciare in giro, afferma Jonathan Come , un professore del MIT che lavora sui robot volanti ma non è stato coinvolto nel progetto dragonfly. Sarebbe davvero fantastico se potessimo costruire qualcosa che si avvicinasse a quel livello di prestazioni. Se riesci a ottenere lo stesso sollevamento con una potenza inferiore, è utile.

Nonostante i loro potenziali vantaggi, i piccoli robot volanti che imitano l'agilità delle libellule non sono stati realizzati con successo, in parte a causa della complessità dell'aerodinamica attorno a quattro ali, e anche a causa di problemi di fabbricazione legati alle piccole macchine volanti. Tuttavia, gli studi sul movimento delle ali e sulle forze aeree che rivelano come le libellule raggiungono la loro agilità possono consentire ai robotisti di costruire infine volatori capaci e veloci che utilizzano quattro ali.

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• Guarda il movimento delle ali di una libellula robotica quando è immersa nell'olio.

Per misurare le correnti d'aria, i ricercatori di Ulm hanno immerso la libellula robotica in un serbatoio pieno di olio minerale e disseminato di bolle d'aria. Due laser verdi si sono combinati e riflessi dalle bolle d'aria mentre una telecamera ad alta velocità ha scattato immagini a distanza di 10-20 millisecondi. Confrontando le immagini, gli scienziati hanno calcolato la direzione del flusso per le regioni all'interno del serbatoio.

In termini di sistemi a quattro ali contro due ali per un microveicolo biomimetico, è un compromesso, afferma Fritz-Olaf Lehmann , un ricercatore dell'Università di Ulm che ha lavorato allo studio. Con un sistema a quattro ali, gli svantaggi sono la necessità di un sistema di controllo aggiuntivo e di una potenza extra. Tuttavia, un sistema con due ali deve incorporare modi per modificare l'angolo, l'ampiezza e la frequenza delle ali che svolazzano per cambiare portanza, afferma Lehmann. Al contrario, con quattro ali, puoi semplicemente far avanzare un sistema di volo contro l'altro, e poi cambi la produzione di portanza, dice. Penso che questo renda molto più semplice la costruzione di un microveicolo.

Nella creazione di un microveicolo autonomo, ogni piccola parte dell'efficienza conta, afferma Robert Wood , professore all'Università di Harvard che ha sviluppato alcuni dei più piccoli robot volanti. Potresti sostenere che se hai un veicolo a quattro ali, avrai più [controllo] per aiutarti nella stabilizzazione, dice.

Michael Dickinson , un professore al Caltech che lavora sulla comprensione e l'imitazione del volo delle mosche, afferma che l'interesse per le libellule sta crescendo e che l'articolo di Lehmann non è il primo a contenere questo tipo di analisi, ma uno in una marea di articoli. Mentre lo studio potrebbe aumentare la comprensione della sottile aerodinamica del volo a quattro ali, Dickinson sottolinea che i ricercatori devono ancora sviluppare una batteria migliore e più leggera che alimenta il veicolo e crea un sistema di controllo efficace.

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