WikiDer > РобоБи

RoboBee
Несколько робопчеловек сидят на земле, а еще один удерживается в пинцете с активированными крыльями.

РобоБи крошечный робот способен частично отвязанный рейс, разработанная группой исследователей робототехники в Гарвардский университет. В результате двенадцатилетних исследований RoboBee решил две ключевые технические задачи: микробототехника. Инженеры изобрели процесс, вдохновленный всплывающие книги это позволяло им строить в субмиллиметровом масштабе точно и эффективно. Чтобы добиться полета, они создали искусственные мышцы, способные взмахивать крыльями 120 раз в секунду.

Цель проекта RoboBee - сделать полностью автономный роиться летающих роботов для таких приложений, как поиск и спасение, наблюдение и искусственное опыление.[1] Чтобы сделать это возможным, исследователям необходимо выяснить, как получить питание и функции принятия решений, которые в настоящее время передаются роботу через крошечный трос, который интегрирован с основным корпусом.

Размах крыльев RoboBee составляет 3 сантиметра (1,2 дюйма), что делает его самым маленьким созданным человеком устройством, созданным по образцу насекомого, для достижения полета.

История

Более десяти лет исследователи Гарвардский университет работали над созданием крошечных летающих роботов.[2] В Соединенные Штаты Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов профинансировал ранние исследования в надежде, что они приведут к разработке скрытых решений для наблюдения на поле боя и в городских условиях. Вдохновленный биологией летать, первые усилия были сосредоточены на том, чтобы доставить робота в воздух. Полет был совершен в 2007 году, но поступательное движение требовало ориентиров, поскольку на борту невозможно было построить механизмы управления. Калифорнийский университет в Беркли Исследователь робототехники Рон Фиринг назвал это достижение «большим прорывом» в области микромасштабной робототехники.[3]

Концепция микромасштабных летающих систем не была новой. "DelFly"(3,07 г) был способен к самостоятельному самостоятельному полету вперед, в то время как Микромеханическое летающее насекомое исследовательские аппараты (0,1 г) обладали достаточной мощностью для зависания, но не имели возможности автономного полета.[4]

Основываясь на обещаниях ранних экспериментов с роботами-мухами, в 2009 году был запущен проект RoboBee, целью которого было выяснить, что потребуется для «создания колонии роботизированных пчел».[5]

Достижение управляемого полета оказалось чрезвычайно трудным и потребовало усилий самых разных групп: экспертов по зрению, биологов, материаловедов, инженеров-электриков.[2] Летом 2012 года исследователи решили ключевые технические задачи, позволив своему роботу по прозвищу RoboBee совершить свой первый управляемый полет. Результаты их исследования опубликованы в Наука в начале мая 2013 г.[6]

Проблемы дизайна

По словам исследователей RoboBee, предыдущие попытки миниатюризировать роботов мало помогли им, потому что небольшой размер RoboBee изменяет природу действующих сил.[5] Инженерам пришлось придумать, как строить без роторные двигатели, шестерни, и орехи и болты, которые нежизнеспособны в таком маленьком масштабе.[5][7] В 2011 году они разработали технику, в которой они вырезали рисунки из плоских листов, складывали их слоями и складывали в форму.[2] Для скрепления сложенных деталей использовался клей, аналогично оригами.[7] Эта техника пришла на смену более ранним, более медленным и менее точным и использовавшим менее прочные материалы.[2] Производственный процесс, вдохновленный всплывающие книги, позволяет быстро производить прототип Установки RoboBee.[8][1]

В микромасштабе небольшое количество турбулентность может иметь огромное влияние на полет. Чтобы преодолеть это, исследователям пришлось заставить RoboBee реагировать очень быстро.[2] Для крыльев они построили "искусственные мышцы" с помощью пьезоэлектрический актуатор - тонкая керамическая полоска, сжимающаяся при электрический ток проходит через это.[7] Тонкий пластик шарниры служат шарнирами, обеспечивающими вращательные движения крыльям.[2] Конструкция позволяет роботам генерировать мощность, сравнимую с насекомым такого же размера.[5] Каждым крылом можно управлять отдельно в реальном времени.[2]

Конечная цель проекта - создать колонии полностью автономных и беспроводных роботов-роботов.[2] По состоянию на 2013 год остаются нерешенными две проблемы. Во-первых, робот слишком мал для даже самых маленьких инкапсулированных микрочипы, что означает, что у роботов нет возможности принимать решения.[7] В настоящее время на борту RoboBee есть датчики зрения, но данные требуют передачи в привязанную «подсистему мозга» для интерпретации. Продолжаются работы по специализированным аппаратные ускорители в целях решения проблемы.[5]

Во-вторых, исследователи не выяснили, как получить на борту надежный источник питания.[7] "Вопрос о власти также оказывается чем-то вроде словить 22", - заметил Вуд." Большая силовая установка накапливает больше энергии, но требует большего силовая установка чтобы справиться с возросшим весом, что, в свою очередь, требует еще большего источника энергии ».[5] Вместо этого роботов нужно привязать крошечными шнурами, которые обеспечивают питание и направление.[7] Недавний прогресс в области управления питанием на борту - демонстрация обратимого, энергоэффективного крепления на свесах. Это позволяет прототипу оставаться в выгодном положении при сохранении энергии.[9]

Будущее использование

Если исследователи решат проблемы с микрочипом и питанием, считается, что группы Робопчеловек, использующие рой интеллект будут очень полезны в поисково-спасательных операциях и в качестве искусственных опылителей. Для достижения цели разведки роя исследовательская группа разработала два абстрактных языки программирования - Карма, которая использует блок-схемыи OptRAD, использующий вероятностные алгоритмы.[5] Потенциальные приложения для отдельных или небольших групп Робопчеловек включают скрытое наблюдение и обнаружение вредных химических веществ.[3]

Ранее такие партии, как Фонд электронных рубежей выразили озабоченность по поводу воздействия на гражданскую неприкосновенность частной жизни использования миниатюрных летающих роботов военными и правительством.[10][11] В некоторых областях, таких как состояние Техас и город Шарлоттсвилль, Вирджиния, регулирующие органы ограничили их использование широкой публикой.[12][13]

По мнению исследователей проекта, "всплывающий" производственный процесс позволит в будущем полностью автоматизировать массовое производство роботов-роботов.[8] Гарвардский институт Wyss находится в процессе коммерциализации технологий складывания и всплывающих окон, изобретенных для этого проекта.[2]

Технические характеристики

Размах крыльев RoboBee составляет 3 сантиметра (1,2 дюйма), что считается наименьшим созданным человеком размахом крыльев для полета. Крылья могут взмахивать 120 раз в секунду и управляться дистанционно в реальном времени. Каждый RoboBee весит 80 миллиграммов (0,0028 унции).[7]

Опасения по поводу роботизированных пчел и устойчивости

Идея о том, что роботизированное опыление сельскохозяйственных культур может противостоять сокращению числа опылителей, в последнее время приобрела широкую популярность.[когда?] Исследователи из области опыления пчел, здоровья пчел, сохранения пчел и агроэкологии утверждают, что RoboBee и другие искусственные опылители искусственного происхождения являются технически и экономически неосуществимым решением в настоящее время и представляют собой существенные экологические и моральные риски: (1) несмотря на недавние достижения, опыление с помощью роботов далеко не в состоянии заменить пчел для эффективного опыления сельскохозяйственных культур; (2) маловероятно, что использование роботов будет экономически целесообразным; (3) возникнут неприемлемо высокие экологические издержки; (4) будут повреждены более широкие экосистемы; (5) это подорвет ценности биоразнообразия; и (6) использование роботизированного опыления может привести к серьезной проблеме отсутствия продовольственной безопасности.[14]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Веб-сайт проекта Института Висса, Гарвард - https://wyss.harvard.edu/technology/autonomous-flying-microrobots-robobees/
  2. ^ а б c d е ж г час я «Робопчелы: роботизированные насекомые совершают первый управляемый полет (с видео)». Phys.org. 2 мая 2013 г.. Получено 3 мая, 2013.
  3. ^ а б Рэйчел Росс (19 июля 2007 г.). "Роботизированное насекомое взлетает". Обзор технологий. Получено 3 мая, 2013.
  4. ^ Редизайн микромеханического летающего насекомого в контексте плотности мощности. п. 3.
  5. ^ а б c d е ж г Вуд, Роберт; Нагпал, Радхика; Вэй, Гу-Ён (11 марта 2013 г.). «Полет робопчеловек». Scientific American. 308 (3): 60–65. Bibcode:2013SciAm.308c..60W. Дои:10.1038 / scientificamerican0313-60. PMID 23469434.
  6. ^ Ма, Кевин Ю.; Чирараттананон, Пакпонг; Фуллер, Сойер Б .; Вуд, Роберт Дж. (Май 2013 г.). «Управляемый полет биологически вдохновленного робота размером с насекомые». Наука. 340 (6132): 603–607. Bibcode:2013Наука ... 340..603М. Дои:10.1126 / science.1231806. PMID 23641114.
  7. ^ а б c d е ж г Амина Хан (2 мая 2013 г.). "Познакомьтесь с RoboBee, летающим роботом размером с жучок, вдохновленным биологией". Лос-Анджелес Таймс. Получено 2 мая, 2013.
  8. ^ а б Дэвис, Шошана (2 мая 2013 г.). ""Робопчелы "взлетят в первый полет". CBS Новости. Получено 3 мая, 2013.
  9. ^ Graule, Moritz A .; Чирараттананон, Пакпонг; Фуллер, Сойер Б .; Jafferis, Noah T .; Ма, Кевин Ю.; Спенко, Матвей; Корнблух, Рой; Вуд, Роберт Дж. (Май 2016 г.). «Посадка и взлет роботизированного насекомого на выступах с помощью переключаемой электростатической адгезии». Наука. 352 (6288): 978–982. Bibcode:2016Научный ... 352..978G. Дои:10.1126 / science.aaf1092. PMID 27199427.
  10. ^ Рив, Элспет. "Робот-дрон-колибри - последняя шпионская игрушка военных". Атлантический провод. Получено 6 мая, 2013.
  11. ^ «FAA публикует новый список дронов. Ваш город на карте?». Фонд электронных рубежей. Получено 6 мая, 2013.
  12. ^ «Техас объявляет войну роботам». Robots.net. Получено 6 мая, 2013.
  13. ^ «Город в Вирджинии принимает резолюцию по борьбе с дронами». Лос-Анджелес Таймс. Получено 6 мая, 2013.
  14. ^ Potts, S.G .; Neumann, P .; Vaissière, B .; Вереекен, штат Нью-Джерси (июнь 2018 г.). «Пчелы-роботы для опыления сельскохозяйственных культур: почему дроны не могут заменить биоразнообразие». Наука об окружающей среде в целом. 642: 665–667. Bibcode:2018ScTEn.642..665P. Дои:10.1016 / j.scitotenv.2018.06.114. PMID 29909334.(требуется подписка)

внешние ссылки