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Un team di scienziati statunitensi ha sintetizzato e implementato controllori di volo a sei gradi di libertà ad alte prestazioni per Bee ++, un robot volante a grandezza di insetto guidato da quattro ali battenti azionate in modo indipendente.

Con quattro ali realizzate in fibra di carbonio e mylar e quattro attuatori leggeri per controllare ciascuna ala, il prototipo Bee++ è il primo a volare stabilmente in tutte le direzioni. Credito immagine: Bena et al., doi: 10.1109/TRO.2022.3218260.

I ricercatori cercano di sviluppare insetti volanti artificiali da più di tre decenni.

Un giorno potrebbero essere utilizzati per molte applicazioni, tra cui l’impollinazione artificiale, le attività di ricerca e salvataggio in spazi ristretti, la ricerca biologica o il monitoraggio ambientale, anche in ambienti ostili.

Ma solo per far decollare e atterrare i minuscoli robot è stato necessario lo sviluppo di controllori che agiscano come fa il cervello di un insetto.

"È una miscela di progettazione e controllo robotico", ha affermato il dott. Nestor Perez-Arancibia, ricercatore presso la Washington State University.

“Il controllo è altamente matematico e si progetta una sorta di cervello artificiale. Alcuni la chiamano tecnologia nascosta, ma senza quei semplici cervelli nulla funzionerebbe”.

Il dottor Pérez-Arancibia e colleghi inizialmente svilupparono un'ape robotica a due ali, ma i suoi movimenti erano limitati.

Nel 2019, hanno costruito un robot a quattro ali abbastanza leggero da poter decollare.

Per eseguire due manovre note come beccheggio o rollio, fanno sì che le ali anteriori sbattano in modo diverso rispetto alle ali posteriori per il beccheggio e le ali destre sbattono in modo diverso rispetto alle ali sinistre per il rollio, creando una coppia che fa ruotare il robot su se stesso. due assi orizzontali principali.

Ma essere in grado di controllare il complesso movimento di imbardata è estremamente importante. Senza di essa, i robot girano senza controllo, incapaci di concentrarsi su un punto. Poi si schiantano.

“Se non riesci a controllare l'imbardata, sei super limitato. Se sei un'ape, ecco il fiore, ma se non riesci a controllare l'imbardata, giri continuamente mentre cerchi di arrivarci", ha detto il dottor Pérez-Arancibia.

"Avere tutti i gradi di movimento è di fondamentale importanza anche per le manovre evasive o per il tracciamento di oggetti."

“Il sistema è altamente instabile e il problema è estremamente difficile. Per molti anni, le persone hanno avuto idee teoriche su come controllare l’imbardata, ma nessuno è riuscito a realizzarlo a causa delle limitazioni di attuazione”.

Per consentire al loro robot di ruotare in modo controllato, i ricercatori hanno preso spunto dagli insetti e hanno spostato le ali in modo che sbattono su un piano angolato.

Hanno anche aumentato il numero di volte al secondo in cui il loro robot può sbattere le ali, da 100 a 160 volte al secondo.

"Parte della soluzione è stata la progettazione fisica del robot, e abbiamo anche inventato un nuovo design per il controller: il cervello che dice al robot cosa fare", ha affermato il dott. Pérez-Arancibia.

"Con un peso di 95 mg e un'apertura alare di 33 mm, la Bee++ è ancora più grande delle api vere, che pesano circa 10 mm."

"A differenza degli insetti veri, può volare autonomamente solo per circa cinque minuti alla volta, quindi è per lo più legato a una fonte di energia tramite un cavo."

“Stiamo anche lavorando per sviluppare altri tipi di robot insetti, compresi i crawler e i water strider”.

Il lavoro del team è stato pubblicato sulla rivista IEEE Transactions on Robotics.

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Ryan M. Bena et al. 2023. Controllo di volo a sei DOF ad alte prestazioni dell'ape++: un approccio con piano inclinato. Transazioni IEEE sulla robotica 39 (2): 1668-1684; doi: 10.1109/TRO.2022.3218260