Bedste droner: Hvordan Insekter underviste schweiziske forskere at bygge en bedre drone

Du kunne tilgives for at tro, at den hårdeste, mest holdbare robot ville være en slags ultrahårdt skelet af metallegering som Terminator, men undertiden blød og fleksibel er vejen at gå.

I denne uge offentliggjorde ingeniører ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz resultaterne af deres indsats for at lave en rigtig pæn, fleksibel quadcopter drone i tidsskriftet Science Robotics.

Som et voksende antal mikroroboter, der i øjeblikket er under udvikling, låner disse droner også nogle af deres designelementer fra den letvægtsfoldede arkitektur af origami. Men forskerne fortæller Inverse, med en nøgleforskel: Designet, et nyt kompositmateriale, der er fleksibelt nok til at absorbere skade, men stiv nok til at forblive aerodynamisk og inspireret af insektvingernes materialeegenskaber.

"De fleste origami strukturer er lavet af stive laminerede materialer og stive led (dvs. uigennemtrængelige led af polyimid eller nylon), hvilket fører til begrænsninger", siger Stefano Mintchev, en postdoktorale forsker ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz. "Stiv origamiis er skrøbelige, tilbøjelige til at rive, og det lykkes nemt at overbelastes under kollisioner."

Zhi Ern Teoh, en unaffailiated Harvard-uddannet mekanisk ingeniør, der har udviklet origami-inspirerede mikroroboter af sig selv, fortalte Inverse han var imponeret over Lausanne holdets arbejde.

"Fordi hovedvinget er helt stift, når det rammer en forhindring, kan vingen bryde," forklarer Teoh. "Hvad de har gjort med hensyn til at skræddersy" tærskelværdien "- tærsklen, hvor skiftet fra stiv til blødt forekommer - jeg synes det er en nøgle til strukturer, der skal klare konsekvenser."

Kernen i den schweiziske gruppes innovation er et udspændt elastisk lag, som en gummiband, der desperat vil vende tilbage til form. Dette lag er så omgivet og klæbet til et mere stift, segmenteret exoskelet. Det ligner en af ​​de push-up træ dukker, der falder og kollapser, når du løsner strengen inde i dem. Ved indflydelse bøjer dronen sig på sine segmenterede led, idet det elastiske lag strækker sig. Derefter springer det tilbage i form, der er klar til at fortsætte med at flyve.

Selvfølgelig kan konstruktionen heller ikke være for fleksibel, og at finde den delikate balance er, hvor EPFL-holdets materialekompetence ekspertise kom ind.

"Hvis tærskekraften er for lav," siger Teoh, "kan quadcopteren ikke tage afsted, ikke? Fordi det øjeblik du tænder på fuld kraft, vil tyngdepunktet kollapse strukturen."

Du kunne forestille dig en masse ting der sker: propellerne kunne kollidere ind i hinanden; de kunne tegne vingerne i separate retninger, grundlæggende tegne og kvadre drone. Det ville være, at være ærlig, et rod. At finde den rigtige trækstyrke, dvs. tærsklen, ved hvilken bøjning ville være ønskelig, tog undersøgelse af lignende træk i insektvinger ifølge Mintchev.

"Udfordringen med strategisk skræddersy stivhed og blødhed i foldbare strukturer styres af insekter," siger Mintchev. "Deres udviklede origami vinger er sammensat af stive fliser af cuticle forbundet gennem bløde resilin leddene."

Mintchev og gruppen ser også andre applikationer til dette design, herunder mere fleksible grebsmekanismer, som de allerede har bygget prototype af.

Nogle af fordelene ved dette design inkluderer et greb, der ville være mindre tilbøjelige til at bryde noget skrøbeligt, som det forsøger at afhente, og et greb, der ikke kunne løfte noget ud over dets kapacitet (kun for at risikere at droppe det senere).

"Den nuværende udvikling inden for robotik er at skabe blødere robotter", ifølge Dario Floreano, direktøren for EPFL's Laboratory of Intelligent Systems og en anden medforfatter på det nye papir ", der kan tilpasse sig en given funktion og fungere sikkert sammen med mennesker.”

At være blid, på sin egen måde, er et tegn på styrke - noget, som hard-ass Terminator robots skal notere.