Pienten lentäjien lennonhallintaa

Washingtonin yliopiston tutkijat ovat äskettäin kehittäneet lennonohjaus- ja tuulentunnistusjärjestelmän, joka voisi auttaa ratkaisemaan hyönteisten kokoisten lentävien robottien vakausongelman ja mahdollistaa vihdoinkin hyttysen kokoisten robottien vakaan lennon.

Pienimmät lentävät robottihyönteiset eivät voi kantaa milligrammoja painavaa anturipakettia lentonsa vakauttamiseen. Siten piistä mikrokoneistetut gyroskoopit ovat liian raskaita niille.

Nyt tutkijat ovat osoittaneet, että kiihtyvyysanturi on kenties kätevin tapa vakauttaa lentoa samalla kun se täyttää lentävän robotin äärimmäiset koon, nopeuden, painon ja tehon rajoitukset, vaikka se pienenee vain muutamaan milligrammaan.

Kun lentolaitteen mittakaava pienenee, skaalausfysiikka sanelee, että aerodynaamisen vastuksen suhde massaan kasvaa. Tämä vähentää kohinan vaikutusta kiihtyvyysmittariin ilmanopeuden mittauksessa.

Tutkijat osoittivat simuloinnilla ja 30 grammaisen robotin avulla, että kaupallisen 2 milligramman kiihtyvyysanturi pystyy periaatteessa vakauttamaan 10 milligrammaisen robotin huolimatta itse anturin vahvasta kohinasta.

Biologian inspiroima lähestymistapamme, joka on validoitu pienellä lentävällä helikopterilla, vastaa hedelmäkärpäseen verrattavissa olevaan tuulenpuuskiin ja se on riittävän pieni ja tehokas 10 riisinjyvän verran painavalle lentävälle lentolaitteelle.

Penn Staten tukijat ovat puolestaan havainneet, että hedelmäkärpäset voivat nopeasti kompensoida katastrofaaliset siipivammat, säilyttäen vakautensa vaikka menettäisivät jopa 40 % siivestään. Tämä havainto voisi olla hyödyllinen lentävin robottien suunnittelussa, jotka kohtaavat samanlaisen haasteen.

"Havaitsimme, että kärpäset kompensoivat vammojaan heilauttamalla vahingoittunutta siipeä kovemmin ja vähentämällä terveen siiven nopeutta", sanoo vastaava kirjoittaja Jean-Michel Mongeau. "Ne saavuttavat tämän moduloimalla signaaleja hermostossaan, jolloin he voivat hienosäätää lentoaan loukkaantumisen jälkeen."

Tutkijoiden työ viittaa siihen, että hedelmäkärpäset, joissa on vain 200 000 hermosolua verrattuna ihmisen 100 miljardiin, käyttävät kehittynyttä, joustavaa motoriikan ohjausjärjestelmää, jonka avulla ne voivat sopeutua ja selviytyä vamman jälkeen.

Yhä monimutkaisemmissa ympäristöissä insinöörit joutuvat suunnittelemaan robotteja, jotka voivat mukautua nopeasti vikoihin tai onnettomuuksiin.

"Lentävät hyönteiset voivat inspiroida räpyttelevien robottien ja droonien suunnittelua, jotka voivat reagoida älykkäästi fyysisiin vaurioihin ja ylläpitää toimintaa", sanoi toinen kirjoittaja Wael Salem. "Esimerkiksi sellaisen droonen suunnittelu, joka pystyy kompensoimaan rikkoutuneen moottorin lennon aikana, tai jalkarobotin, joka voi luottaa muihin jalkoihinsa, kun yksi luovuttaa."

Aiheista aiemmin:

Hyönteismäistä keveyttä ja laskentakykyä

Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen