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L'insetto robotico decolla
Una mosca robotica a grandezza naturale ha preso il volo all'Università di Harvard. Con un peso di soli 60 milligrammi, con un'apertura alare di tre centimetri, i movimenti del minuscolo robot sono modellati su quelli di una vera mosca. Anche se resta molto lavoro da fare sull'insetto meccanico, i ricercatori affermano che un giorno tali piccole macchine volanti potrebbero essere utilizzate come spie o per rilevare sostanze chimiche dannose.
Primo volo: Questo minuscolo robot pesa solo 60 milligrammi e ha un'apertura alare di tre centimetri. È il primo robot a raggiungere il decollo modellato su una mosca e costruito su una scala così piccola.
La natura fa i migliori volantini del mondo, dice Robert Wood , leader del progetto di volo robotico di Harvard e professore alla scuola di ingegneria e scienze applicate dell'università.
L'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa degli Stati Uniti sta finanziando la ricerca di Wood nella speranza che porterà a robot di sorveglianza furtiva per il campo di battaglia e gli ambienti urbani. Le dimensioni ridotte del robot e l'aspetto simile a una mosca sono fondamentali per tali missioni. Probabilmente non noteresti una mosca nella stanza, ma sicuramente noterai un falco, dice Wood.
Ricreare i movimenti efficienti di una mosca in un robot grosso modo delle dimensioni di un vero insetto era difficile, tuttavia, perché i processi di produzione esistenti non potevano essere utilizzati per realizzare le parti robuste e leggere necessarie. I motori, i cuscinetti e i giunti tipicamente utilizzati per i robot su larga scala non funzionerebbero per qualcosa delle dimensioni di una mosca. Il semplice ridimensionamento delle tecniche esistenti su macroscala non si avvicinerà alle prestazioni di cui abbiamo bisogno, afferma Wood.
Multimedia
Guarda la mosca decollare.
Guarda l'ala muoversi al rallentatore.
Alcune parti estremamente piccole possono essere realizzate utilizzando i processi per la creazione di sistemi microelettromeccanici. Ma tali processi richiedono molto tempo e denaro. Wood e i suoi colleghi dell'Università della California, Berkeley, avevano bisogno di un processo di fabbricazione rapido ed economico in modo da poter facilmente produrre diverse iterazioni dei loro progetti.
Alla fine, il team ha sviluppato il proprio processo di fabbricazione. Utilizzando la microlavorazione laser, i ricercatori hanno tagliato sottili fogli di fibra di carbonio in modelli bidimensionali precisi fino a un paio di micrometri. I fogli di polimero vengono tagliati utilizzando lo stesso processo. Disponendo con cura i fogli di fibra di carbonio e polimero, i ricercatori sono in grado di creare parti funzionali.
Ad esempio, per creare un giunto di flessione, i ricercatori dispongono due minuscoli pezzi di composito di carbonio e lasciano uno spazio nel mezzo. Quindi aggiungono un foglio di polimero perpendicolarmente ai due pezzi di carbonio, come un tavolo su due gambe corte. Due nuovi pezzi di fibra di carbonio sono posizionati alle due estremità del polimero, come strato superiore finale. Una volta che tutti i pezzi sono induriti insieme, la parte risultante assomiglia alla lettera H: il centro è flessibile ma i lati sono rigidi.
Inserendo insieme molti piccoli pezzi di polimero di carbonio, i ricercatori sono in grado di creare parti piuttosto complicate che possono piegarsi e ruotare con precisione secondo necessità. Per realizzare parti che si muovano in risposta a segnali elettrici, i ricercatori incorporano polimeri elettroattivi, che cambiano forma quando esposti alla tensione. L'intero processo di fabbricazione sarà delineato in un documento che apparirà in una prossima edizione del Journal of Mechanical Design .
Dopo più di sette anni di lavoro nello studio delle dinamiche di volo e nel miglioramento di varie parti, la mosca di Wood è finalmente decollata questa primavera. Quando ho preso il volo per decollare, stavo letteralmente saltando su e giù per il laboratorio, dice.
Altri ricercatori hanno costruito robot che imitano gli insetti, ma questo è il primo robot a due ali costruito su una scala così piccola che può decollare usando gli stessi movimenti di una vera mosca. Le dinamiche di tale volo sono molto complicate e sono state studiate per anni da ricercatori come Ron Paura , ex consulente di dottorato di Wood presso l'Università della California, Berkeley. Fearing, che sta costruendo i suoi insetti robotici, afferma di essere rimasto molto colpito dal fatto che l'insetto di Wood possa volare: è sicuramente un importante passo avanti. Ma Fearing dice che è la prima di molte sfide nella costruzione di una mosca pratica.
Al momento, la mosca di Wood è limitata da un cavo che la mantiene in movimento in una direzione diritta verso l'alto. I ricercatori stanno attualmente lavorando su un controller di volo in modo che il robot possa muoversi in diverse direzioni.
I ricercatori stanno anche lavorando su una fonte di alimentazione a bordo. (Al momento, la mosca robotica è alimentata esternamente.) Wood afferma che una batteria ai polimeri di litio ridotta fornirebbe meno di cinque minuti di volo.
Devono essere integrati anche sensori piccoli e leggeri. I sensori chimici potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per rilevare sostanze tossiche in aree pericolose in modo che le persone possano entrare nell'area con l'equipaggiamento di sicurezza appropriato. Wood ei suoi colleghi dovranno anche sviluppare routine software per il volo in modo che sia in grado di evitare gli ostacoli.
Tuttavia, Wood è orgoglioso di aver raggiunto un'importante pietra miliare del progetto: il volo. È una cosa piuttosto importante, dice. Molte persone pensavano che non sarebbe mai stato in grado di decollare.