I ricercatori anticipano il volo per gli insetti

Entro due anni, i ricercatori dell’Università di Washington, Seattle, intendono testare in volo un pacchetto di sensori di controllo di volo commerciali sul RoboFly, che ha già fatto avanzare il campo della ricerca sui droni ispirati agli insetti. In definitiva, la tecnologia potrebbe aiutare a consentire il volo di robot piccoli come moscerini, che potrebbero essere impiegati a buon mercato a migliaia per una serie di missioni, tra cui ricerca e salvataggio, ricerca ambientale ed esplorazione spaziale.

Lo scopo della ricerca fondamentale è esplorare le opzioni di controllo del volo per i più piccoli veicoli aerei, in particolare quelli che pesano meno di un grammo. Il volo è difficile per i piccoli robot in parte a causa delle dimensioni, del peso e dei limiti di potenza dell'hardware necessario. Effettuare un volo controllato senza feedback da sensori esterni è stata una sfida.

Le manovre librate comuni agli insetti sono particolarmente complicate da imitare per le macchine in miniatura. "Per l'attuale stato dell'arte del volo librato di piccoli robot si utilizza il telemetro laser e anche il giroscopio, che sono molto pesanti, consumano molta energia e sono anche molto grandi", ha spiegato Zhitao Yu, dottorando e assistente di ricerca dell'Università di Washington che è stato coautore dell'articolo.

Il team dell’Università di Washington ha adottato un nuovo approccio ispirato alla capacità delle mosche di percepire il vento con le loro antenne simili a piume in modo da poter controllare il volo. I ricercatori hanno rilevato la velocità con un accelerometro da due milligrammi costruito da mCube Incorporated, San Jose, California. Lo hanno abbinato a un microcontrollore e una telecamera a flusso ottico, l'OVM6948 di Omnivision Incorporated, Santa Clara, California. Hanno testato il loro concetto utilizzando un drone grande quanto un palmo di mano, il Crazyflie 2.1 costruito da Bitcraze, che ha sede in Svezia.

I ricercatori hanno annunciato i risultati di esperimenti e simulazioni in un articolo pubblicato su Science Robotics, di cui sono coautori Yu, Sawyer Fuller e Yash Talwekar. “Il robot più piccolo in grado di effettuare operazioni di volo stazionario controllato utilizza una suite di sensori che pesa centinaia di milligrammi. Qui, dimostriamo che un accelerometro rappresenta forse il modo più diretto per stabilizzare il volo soddisfacendo al tempo stesso i limiti estremi di dimensioni, velocità, peso e potenza di un robot volante anche se si riduce a pochi milligrammi”, hanno scritto nell’introduzione .

Yu ha indicato che un moscerino funzionante richiederà ulteriori miglioramenti hardware. “Questo documento rappresenta un passo fondamentale verso un robot moscerino volante. È possibile che possiamo costruire un robot che pesa circa 10 milligrammi. È come un chicco di riso", ha detto. "È molto difficile costruirlo, ma questo documento stabilisce se possiamo costruire un sistema di rilevamento per stabilizzare il robot moscerino nell'aria."

La sostituzione dell'hardware più pesante era solo una parte della sfida. Per far funzionare il sistema, i ricercatori hanno dovuto anche sviluppare un software sufficientemente efficiente da svolgere il lavoro. “Dal punto di vista dell’algoritmo, ci sono anche alcune sfide, come come rendere le stime del flusso ottico sufficientemente efficienti senza consumare molta energia”, ha aggiunto Yu.

Il prossimo passo, che probabilmente avverrà entro uno o due anni, sarà quello di testare la soluzione sul RoboFly del team dell'Università di Washington, che è alimentato da un raggio laser. RoboFly è stato il primo robot delle dimensioni di un insetto a volare senza essere legato ai cavi, secondo un comunicato stampa universitario pubblicato nel 2018. Per tagliare il cavo elettrico, i ricercatori hanno utilizzato un minuscolo circuito integrato per convertire l'energia laser in elettricità per azionare le ali. “Prima di ora, il concetto di robot volanti wireless delle dimensioni di un insetto era fantascienza. Il nostro nuovo RoboFly wireless mostra che sono molto più vicini alla vita reale", ha affermato nel comunicato stampa Fuller, assistente professore e ricercatore per entrambi i progetti.

RoboFly pesa circa 100 milligrammi, poco più di uno stuzzicadenti, e un volo riuscito porterebbe i ricercatori un passo avanti verso un sistema delle dimensioni di un moscerino. "Ci stiamo lavorando. Quello che stiamo facendo è installare l'accelerometro e anche la fotocamera sul RoboFly e occuparci dell'interfaccia hardware-software e anche del firmware. Penso che tra uno o due anni potremo testarlo”, ha offerto Yu.