إنشاء أول حشرة روبوتية لاسلكية تطير مثل الحشرات الحقيقية

اقدم مهندسون من جامعة واشنطن على أنشاء أول حشرة روبوتية لاسلكية تطير. أثقل قليلاً من المسواك ويتم تشغيلها بواسطة شعاع ليزر.
يمكن أن تساعد الروبوتات الطائرة بحجم الحشرات في مهام تستغرق وقتًا طويلاً مثل إجراء مسح لنمو المحاصيل في المزارع الكبيرة أو استنشاق تسرب الغاز. هذه الروبوتات ترتفع عن طريق رفرفة أجنحة صغيرة لأنها صغيرة جدًا لاستخدام المراوح . إن حجم هذه الروبوتات الصغيرة مفيد: هذه الروبوتات رخيصة ويمكن أن تنزلق بسهولة إلى الأماكن الضيقة التي يتعذر الوصول إليها بواسطة طائرات بدون طيار الكبيرة.
لكن الحشرات الروبوتية الطائرة الحالية لا تزال مقيدة على الأرض. والالكترونيات التي يحتاجون إليها لتوليد الطاقة والتحكم في جناحيها ثقيلة للغاية بحيث يتعذر على هذه الروبوتات الصغيرة حملها.
في الوقت الحاضر، قام المهندسون في جامعة واشنطن، لأول مرة بتقطيع الحبل وإضافة دماغ(للروبوت)، مما سمح لروبوفلي(الروبوت) بأخذ أول لوحاته المستقلة. قد يكون هذا بمثابة رفرفة صغيرة لروبوت، لكنه قفزة عملاقة لجنس الآلات. سيقدم الفريق النتائج التي توصل إليها في 23 مايو في المؤتمر الدولي حول الروبوتات والآلية الاوتوماتيكية في بريسبان، أستراليا.
الروبوفلاي أثقل قليلاً من المسواك ويتم تشغيله بواسطة شعاع ليزر. وهي تستخدم دائرة صغيرة على متنها تعمل على تحويل طاقة الليزر إلى كهرباء كافية لتشغيل جناحيها.
وقال المؤلف المشارك سوير فولر، وهو أستاذ مساعد في قسم الهندسة الميكانيكية. “قبل الآن، كان مفهوم روبوتات الطيران الحشرات ذات الحجم الحركي هو الخيال العلمي. هل سنتمكن من جعلها تعمل دون الحاجة إلى أسلاك؟ ويظهر جهاز الروبوفلاي اللاسلكي الجديد أنهم أقرب إلى الحياة الحقيقية.
إن التحدي الهندسي هو الخفقان. رفرفة الجناح عملية متعطشة للطاقة، وكلا من مصدر الطاقة وجهاز التحكم الذي يوجه الأجنحة كبيران جدًا لحملهم على متن روبوت صغير. لذلك، كانت روبوبي الحشرة الآلية السابقة ل فولر، مقيدة – فقد تلقت الطاقة والتحكم من خلال الأسلاك من الأرض.
لكن يجب أن يكون الروبوت الآلي قادرًا على العمل بمفرده. قرر فولر وفريقه استخدام شعاع ليزر غير مرئي ضيق لتشغيل الروبوت الخاص بهم. قاموا بإشارة شعاع الليزر في الخلية الضوئية، التي تعلق فوق الروبوفلاي وتحول ضوء الليزر إلى كهرباء.
وقال شيام جولاكوتا، الأستاذ المشارك في كلية بول جي. ألين للعلوم والهندسة: “كانت هذه الطريقة هي الطريقة الأكثر فعالية لنقل الكثير من الطاقة إلى الروبوفلاي بسرعة دون إضافة الكثير من الوزن.
ومع ذلك، الليزر وحده لا يوفر الجهد الكافي لتحريك الأجنحة. هذا هو السبب في تصميم الفريق للدائرة التي عززت السبعة فولتات الخارجة من الخلية الكهروضوئية حتى 240 فولت اللازمة للرحلة.
ولاعطاء الروبوفلاي السيطرة على جناحيه، قدم المهندسين الدماغ: وأضافوا متحكم دقيق إلى نفس الدائرة.
وقال المؤلف المشارك فيكرام اير، طالب الدكتوراه في قسم الهندسة الكهربائية في جامعة كاليفورنيا: “يعمل الميكروكونترولر مثل دماغ ذبابة حقيقية تخبرعضلات الجناح عندما يتوجب عليها الأنطلاق، وانه يخبر ألاجنحة أشياء أخرى مثل” رفرف بقوى الآن “أو” لا ترفرف”.
على وجه التحديد، يرسل جهاز التحكم الجهد الكهربائي في الموجات لتقليد رفرفة أجنحة الحشرات الحقيقية.
وقال يوهانس جيمس المؤلف الرئيسي وطلاب الدكتوراه في الهندسة الميكانيكية “انها تستخدم نبضات لتشكيل الموجة.” “لجعل الأجنحة تطير بسرعة إلى الأمام، يرسل سلسلة من النبضات في تتابع سريع ثم يبطئ النبض مع اقترابك من قمة الموجة. ثم يفعل ذلك في الاتجاه المعاكس لتجعل الأجنحة تنساب بسلاسة في الجانب الآخر.
في الوقت الراهن، لا يستطيع الروبوفلاي الإقلاع والهبوط. وبمجرد أن تخرج الخلية الضوئية من خط البصر المباشر للليزر، ينفد الروبوت من الكهرباء. لكن الفريق يأمل أن يتمكن قريباً من توجيه الليزر حتى يتمكن روبوفلي من التحليق والهبوط.
وقال غولاكوتا إنه في الوقت الذي يعمل فيه الروبوفلاي حالياً بواسطة شعاع ليزر، فإن الإصدارات المستقبلية يمكن أن تستخدم بطاريات صغيرة أو تستهلك طاقة من إشارات ترددات الراديو. بهذه الطريقة، يمكن تعديل مصدر الطاقة الخاص بهم لمهام محددة.
وقال فولر إن شركة الروبوفلايز في المستقبل يمكن أن تتطلع أيضًا إلى المزيد من العقول وأنظمة الاستشعار المتقدمة التي تساعد الروبوتات على التنقل واستكمال المهام من تلقاء نفسها.
وقال “أود حقاً أن أحصل على روبوت يكشف تسرب من الميثان”. “يمكنك شراء حقيبة مليئة بالروبوفلايز، وفتحها وستطير حول المبنى الخاص بك بحثًا عن أعمدة من الغاز تخرج من الأنابيب المتسربة. إذا كانت هذه الروبوتات يمكن أن تسهل العثور على التسريبات، فستكون أكثر شهرة. وهذا هو مستوحى من الذباب الحقيقي، والتي هي جيدة حقًا في الطيران للبحث عن أشياء كريهة. لذلك نحن نعتقد أن هذا هو تطبيق جيد للروبوفلاي.