En ny insektinspirerad flygrobot, utvecklad av TU Delft -forskare från Micro Air Vehicle Laboratory (MAVLab), presenteras i Vetenskap (14 september 2018). Experiment med denna första autonoma, frittflygande och smidig flaxande robot förbättrar förståelsen för hur fruktflugor kontrollerar aggressiva flyktmanövrar. Förutom dess potential inom insektsflygforskning, robotens exceptionella flygkvaliteter öppnar upp nya drönare.

Flygande djur både makt och kontrollflygning genom att vifta med vingarna. Detta gör att små naturliga flygblad som insekter kan sväva nära en blomma, men också för att snabbt komma undan faran. Djurflykt har alltid uppmärksammat biologer, som inte bara studerar sina komplexa vingrörelsemönster och aerodynamik, men också deras sensoriska och neuromotoriska system under sådana smidiga manövrar. Nyligen, flygande djur har också blivit en inspirationskälla för robotforskare, som försöker utveckla lättflygande robotar som är smidiga, energieffektiv och till och med skalbar till insektsstorlekar.

TU Delft-forskare från MAVLab har utvecklat en ny insektinspirerad flygrobot; hittills oöverträffad i sin prestation, med en enkel och lättproducerad design. Som med flygande insekter, robotens flaxande vingar, slår 17 gånger per sekund, inte bara generera den lyftkraft som behövs för att hålla sig i luften, men också styra flygningen via mindre justeringar i vingrörelsen. Inspirerad av fruktflugor, robotens kontrollmekanismer har visat sig vara mycket effektiva, låta den sväva på plats och flyga åt alla håll med hög smidighet.

"Roboten har en toppfart på 25 km/h och kan till och med utföra aggressiva manövrar, till exempel 360-graders vändningar, liknar öglor och fatrullar, "säger Matěj Karásek, den första författaren till studien och huvuddesignern för roboten. "Dessutom, 33 cm vingspann och 29 gram robot har utmärkt energieffektivitet för sin storlek, möjliggör fem minuters svävande flygning eller mer än en km -räckvidd på ett fulladdat batteri. "

Forskning om fruktflygmanöver

Robotens flygprestationer, i kombination med dess programmerbarhet, gör den också väl lämpad för forskning om insektsflykt. För detta ändamål, TU Delft har samarbetat med Wageningen University. "När jag först såg roboten flyga, Jag blev förvånad över hur nära dess flygning liknade insekternas, särskilt vid manövrering. Jag trodde direkt att vi faktiskt skulle kunna använda den för att undersöka insektsflygkontroll och dynamik, "säger professor Florian Muijres från gruppen Experimental Zoology vid Wageningen University &Research. På grund av professor Muijres tidigare arbete med fruktflugor, laget bestämde sig för att programmera roboten för att efterlikna insekternas hypotetiska kontrollåtgärder under flyktmanövrer med hög smidighet, som de för att undvika att swatta.

De manövrar som utfördes av roboten liknade mycket de som observerades i fruktflugor. Roboten kunde till och med visa hur fruktflugor styr svängvinkeln för att maximera deras flyktprestanda. "Till skillnad från djurförsök, vi hade full kontroll över vad som hände i robotens "hjärna". Detta gjorde att vi kunde identifiera och beskriva en ny passiv aerodynamisk mekanism som hjälper flugorna, men möjligen även andra flygande djur, i att styra deras riktning genom dessa snabba bankade svängar, "tillägger Karásek.

Potential för framtida applikationer

MAVLab har utvecklat insektsinspirerade flygrobotar i över 10 år inom DelFly-projektet. MAVLab vetenskapliga ledare, Prof. Guido de Croon, säger, "Insektinspirerade drönare har en hög potential för nya applikationer, eftersom de är lätta, trygg med människor, och kan flyga mer effektivt än mer traditionella drönardesigner, särskilt i mindre skala. Dock, tills nu, dessa flygande robotar hade inte tillräcklig smidighet, och de krävde en alltför komplex tillverkningsprocess. "Roboten i denna studie, heter DelFly Nimble, bygger på etablerade tillverkningsmetoder, använder hyllkomponenter, och dess flyguthållighet är tillräckligt lång för att vara av intresse för verkliga applikationer.

DelFly Nimble kommer att vidareutvecklas inom TTW -projektet, "Så kvick som ett bi, "som är ett samarbete mellan TU Delft och Wageningen University, finansierad av den nederländska vetenskapsstiftelsen NWO.