Uçabilen ve küçük böcekler kadar kompakt olan robotlar, arama ve kurtarma operasyonlarına ve tehlike sahası incelemelerine yardımcı olmak gibi son derece faydalı pratik kullanımlara sahip olabilir.
Potansiyellerine rağmen bu robotlar, kısmen uçuşlarını sabitlemeye ve böceklerin doğal havada asılı kalma becerilerini mekanik olarak taklit etmeye çalışırken karşılaşılan teknolojik zorluklar nedeniyle henüz tam olarak gerçekleştirilememiştir.
Washington Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir uçuş kontrol ve rüzgâr algılama sistemi, bu zor robotik sorununun çözülmesine yardımcı olabilir ve sivrisinek kadar küçük robotların ilk kez istikrarlı bir şekilde uçmasını sağlayabilir. İvmeölçer (hareket eden herhangi bir makine, eşya ya da cismin ivmesini ölçebilen bir sensör), ilk kez Science Robotics’te açıklanan bu sistemin temelini oluşturuyor.
Çalışmayı yürüten araştırmacılardan Sawyer Fuller verdiği demeçte, “neredeyse 40 yıldır robotikçiler ve mikrofabrikasyon uzmanlarının birkaç mikrogram ağırlığında ‘sivrisinek büyüklüğünde’ robotlar üretmeyi hayal ettiklerini ve bunun ilk kez Berkeley’de Anita Flynn tarafından önerildiğini” söyledi.
“Daha sonra Flynn ve Rodney Brooks, “Hızlı, ucuz ve kontrol dışı: Güneş sisteminin robot istilası” başlıklı eğlenceli makalelerinde güneş sistemini incelemek üzere “akıllı toz” olarak bilinen küçük robotların gönderilmesini savundular. Bu robotlar, laboratuvarımdaki öğrencilerin şu ana kadar geliştirdiği 100 mg ağırlığındaki yaban arısı boyutundaki UW Robofly’dan çok daha küçük olacaktır.”
Berkeley Üniversitesi ve Ordu Araştırma Laboratuarlarından araştırmacılar, son yıllarda 10 mg veya daha hafif böcek boyutundaki robotlar için harekete geçirme sistemleri geliştirme girişimlerinde başarılı olanlar arasındaydı. Ancak şimdiye kadar, bu son derece küçük robotların uçuşunu güvenilir bir şekilde stabilize etmek ve kontrol etmek zor olmuştur.
Fuller’e göre, geri bildirim yönetimi olmadan, küçük kanat çırpan robotlar ve dronlar tipik olarak dengesizdir. “Kanatları veya rotorları açtığınızda aceleyle gökyüzünden düşüyorlar. Teoriye göre sinekler bunu telafi etmek için jiroskopik halterleri geri bildirim olarak kullanırlar. Dolayısıyla, robotun mimarisine bir jiroskop eklemek bariz bir cevap olacaktır.”
Jiroskoplar potansiyel olarak küçük uçan robotların uçmasına yardımcı olmak için entegre edilebilir, ancak şu anda piyasada bulunan jiroskoplar, bu kadar hafif cihazlarda uçmak için ihtiyaç duyacakları kadar verimli veya hafif değildir. Tam bir sivrisinek boyutundaki robot 15 mg ağırlığındadır ve bu da bugüne kadar üretilmiş en hafif jiroskoptan 5 mg daha fazladır.
Fuller, doktora çalışmamda, sineklerin uçuşlarını yönlendirmek için tüy şeklindeki antenlerinden gelen rüzgâr hissini kullandıklarını keşfettim, soruna verdiğimiz yanıt da buradan geliyor, dedi. Bu çalışmada, sineklerin yaptığı gibi hava hızını ölçmenin, farklı bir sensör türü olan ivmeölçer kullanarak mümkün olduğunu gösterdik.
Ana avantajı, ivmeölçerlerin jiroskoplardan temelde daha kompakt ve etkili olmasıdır. Sadece 2 mg ağırlığında bir pakette gelirler ve raftan kolayca temin edilebilirler.
İvmeölçerler jiroskoplardan çok daha hafiftir ve robot dinamiklerinin doğru simülasyonlarıyla birlikte kullanıldıklarında, robotların uçuş sırasında eğim açısını tahmin etmek için de kullanılabilirler. Bir robotun yüksekliğini ve rüzgarın şiddetini belirlemek için Fuller ve meslektaşlarının tasarımında aynı derecede hafif bir optik akış sensörü ve küçük bir bilgisayar da yer aldı.
Fuller, “Sistemimizin bir rüzgar patlamasına verdiği simüle edilmiş tepkiyi meyve sineklerinin aynı rüzgara verdiği tepkiyle karşılaştırdığımızda iki sistemin oldukça benzer tepki verdiğini gördük” dedi.
“Böcek uçuş kontrolüne ilişkin ilgi çekici bir teoriyi artık test edebiliriz. Özellikle de arılar ve güveler gibi jiroskopu olmayan uçan böceklerin, antenleriyle rüzgârı algılayarak düzensiz uçuş dinamiklerini kontrol edebileceklerini öne sürüyor.”
Fuller ve meslektaşları 30 gramlık bir robot kullanarak sistemlerini simülasyonlarda ve gerçek denemelerde değerlendirdiler ve uçuşunu başarıyla dengeleyebildiğini ve meyve sineklerinin uçuş dinamiklerini doğru bir şekilde taklit edebildiğini keşfettiler. Bu sistemi gelecekte 10 mg ya da daha hafif robotlar da dahil olmak üzere çok sayıda farklı uçan robot üzerinde kullanmayı ve test etmeyi planlıyorlar.
Fuller sözlerine şöyle devam etti: “Piyasada satılan parçalara dayanan ve sivrisinek büyüklüğünde bir robot için yeterince küçük olan dengeleyici bir uçuş kontrol sistemi geliştirmeyi başardık. “Yaklaşımımız, 100 mg’lık UW Robofly gibi daha büyük robotlarla çalışacak şekilde değiştirilebilir ve daha büyük bir batarya veya daha fazla sensör için ek yük alanı sağlayabilir. Bir sonraki araştırmalarımızda bunu UW Robofly üzerinde uçarak göstermeyi planlıyoruz.”
Kaynak: techxplore – Sawyer Fuller et al, A gyroscope-free visual-inertial flight control and wind sensing system for 10-mg robots, Science Robotics (2022). DOI: 10.1126/scirobotics.abq8184
