Beste droner: Hvordan insektene lærte sveitsiske forskere å bygge en bedre drone

Du kan bli tilgitt for å tro at den tøffeste, mest holdbare roboten ville være en slags ultrahard metallskelet som Terminator, men noen ganger myk og fleksibel er veien å gå.

I denne uke presenterte ingeniører ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Sveits resultatene av deres innsats for å lage en veldig fin, fleksibel quadcopter drone i journalen Science Robotics.

Som et voksende antall mikroroboter som er i ferd med å utvikle, låner disse dronene også noen av deres designelementer fra den lettvikte foldede arkitekturen til origami. Men forskerne forteller Omvendt, med en nøkkelforskjell: Designet, et nytt kompositt som er fleksibelt nok til å absorbere skade, men stivt nok til å forbli aerodynamisk, og ble inspirert av insektvingerens egenskaper.

"De fleste origami-strukturer er laget av stive laminerte materialer og stive ledd (dvs. uløselige ledd laget av polyimid eller nylon), noe som fører til begrensninger, sier Stefano Mintchev, en postdoktoralforsker ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Sveits. "Stiv origamiis er skjøre, tilbøyelige til å rive, og kan enkelt mislykkes når overbelastet under kollisjoner."

Zhi Ern Teoh, en unaffailiated Harvard-trent mekanisk ingeniør som har utviklet origami-inspirerte mikroroboter av seg selv, fortalt Omvendt Han var imponert over Lausanne-lagets arbeid.

"Fordi hovedvinget er helt stivt, når det treffer et hinder, kan vingen bryte," forklarer Teoh. "Hva de har gjort med hensyn til å skreddersy" terskelstyrken "- terskelen der bryteren fra stiv til myk oppstår - jeg synes det er ganske viktig for strukturer som må tåle påvirkninger."

Kjernen i den sveitsiske gruppens innovasjon er et strukket elastisk lag, som en gummiband som desperat vil vende tilbake til form. Dette laget er da omgitt og festet til en mer stiv, segmentert exoskeleton. Det ligner på en av de trepoppene som trekker opp og kollapser når du løsner strengen inni dem. Ved påvirkning bøyer dronen på sine segmenterte ledd, med det elastiske laget strekker seg. Deretter springer den tilbake i form, klar til å fortsette å fly.

Selvfølgelig kan konstruksjonen heller ikke være for fleksibel, og å finne den vanskelige balansen er hvor EPFL-teamets materialteknikkkompetanse kom inn.

"Hvis terskeldelen er for lav," sier Teoh, "quadcopteren vil ikke kunne ta av, ikke sant? Fordi øyeblikket du slår på full kraft, vil stødningen kollapse strukturen."

Du kan forestille deg en rekke ting som skjer: propellene kan krasje inn i hverandre; de kunne tegne vingene i separate retninger, i utgangspunktet tegne og kvittere drone. Det ville være å være ærlig, et rot. Å finne den rette strekkstyrken, dvs. terskelen ved hvilken bøyning ville være ønskelig, tok å studere lignende trekk i insektvinger, ifølge Mintchev.

Utfordringen med strategisk skreddersy stivhet og mykhet i sammenleggbare strukturer er mestret av insekter, sier Mintchev. "Deres utviklede origami-vinger er sammensatt av stive fliser av kutikk forbundet gjennom myke resilin ledd."

Mintchev og gruppen ser også andre applikasjoner for dette designet, inkludert mer fleksible gripemekanismer, som de allerede har bygget prototype av.

Noen av fordelene med denne utformingen inkluderer et grep som ville være mindre sannsynlig å bryte noe skjøre som det forsøker å plukke opp, og et grep som ville være ute av stand til å løfte noe utover sin kapasitet (bare for å risikere å slippe det senere).

"Den nåværende trenden innen robotteknologi er å skape mykere roboter," ifølge Dario Floreano, direktør for EPFLs laboratorium for intelligente systemer og en annen medforfatter på det nye papiret, "som kan tilpasse seg en gitt funksjon og operere trygt sammen med mennesker.”

Å være forsiktig, på sin egen måte, er et tegn på styrke - noe som hard-ass Terminator roboter bør ta oppmerksom på.