Исследователи из Университета Конкук в Южной Корее недавно создали KUBeetle-S, летающего робота, вдохновленного разновидностью рогатого жука под названием Allomyrina dichotoma, которая является одним из крупнейших насекомых на планете. Allomyrina dichtoma весит приблизительно от 5 до 10 г и имеет нагрузку на крыло 40 Н / м 2 , что является удивительно высоким по сравнению со средней нагрузкой на крыло насекомого (обычно около 8 Н / м 2 ).
«Чтобы имитировать полет жука , мы вначале разработали механизм взмахивающего крыла , который может создавать большой угол поворота крыльев и производить подъем, чтобы компенсировать вес KUBeetle-S, точно так же как рогатый жук, от которого он черпает вдохновение», — профессор Хун Чеол Парк Один из исследователей, которые провели недавнее исследование, рассказал TechXplore. «Поскольку KUBeetle-S не оснащен управляющими поверхностями на хвосте, в отличие от обычного флаера, его взмахи крыльев должны быть способны создавать моменты управления только путем изменения кинематики их крыльев в середине движения взмахов».
Генератор управляющего момента, который проф. Парк и его коллеги установили в KUBeetle-S, может изменять плоскость хода крыла робота вправо, влево, спереди и сзади, в конечном счете, обеспечивая возможность перенаправления его вертикального подъема по желанию и одновременно генерируя управляющий момент. Этот генератор механически интегрирован с легкими серводвигателями, а также может управляться электронным способом с помощью платы управления и системы управления с обратной связью на основе алгоритма, разработанного исследователями.
Так же , как рогатый жуком он черпает вдохновение, KUBeetle-S, впервые представлен в в Международном журнале Micro Air Vehicles , может переключаться между различными стилями локомоции, в том числе парящего полета с внушительной амплитудой высокого хода более чем 180 градусов. В недавней публикации, ранее опубликованной на arXiv , исследователи также смогли значительно улучшить свою долговечность при использовании низковольтного источника питания.
«Основная цель нашей недавней статьи, ранее опубликованной на arXiv, заключалась в том, чтобы продлить время полета или выносливость робота KUBeetle-S», — пояснил профессор Парк. «Мы смогли продлить выносливость робота, выбрав аэродинамически эффективное крыло и увеличив площадь крыла, чтобы она соответствовала нагрузке на крыло с нагрузкой настоящего жука. В частности, внутренняя область крыла была вырезана».
В дополнение к увеличению подъемной силы крыла робота и соотношения подъемной силы к мощности, стратегии проектирования, используемые профессором Парк и его коллегами, снижают общее входное напряжение. Более того, они позволяют исследователям эксплуатировать KUBeetle-S с источником питания низкого напряжения, используя одну батарею LiPo в пределах рабочего диапазона двигателя робота.
Исследователи провели серию тестов для оценки производительности и выносливости KUBeetle-S при использовании этих новых стратегий проектирования. Они обнаружили, что работа при низком напряжении предотвращает перегрев приводного двигателя, повышая его выносливость.
«Еще одним ключевым преимуществом нашего робота является его легкий вес», — сказал TechXplore другой исследователь, участвовавший в исследовании Хоанг Ву Фан. «Благодаря простому, но эффективному механизму управления, о котором мы сообщали в нашей предыдущей работе, мы могли бы использовать крошечные сервоприводы для снижения веса. 15.8 г KUBeetle-S — это самый легкий двухстворчатый робот, который может поддерживать свободный управляемый полет всеми на борту. составные части.»
Первая версия KUBeetle-S, представленная в предыдущей статье исследователей, весила 16,4 г и работала от двухэлементной батареи LiPo 7,4 В. Изменяя и увеличивая крылья робота, исследователи смогли снизить его вес до 15,8 г, увеличив общее время полета с трех минут до почти девяти минут.
«Наши результаты показывают, что поиск аэродинамически эффективного крыла имеет решающее значение для увеличения выносливости летающего робота », — сказал профессор Парк. «Мы также обнаружили, что KUBeetle-S может летать дольше, когда его нагрузка на крыло близка к нагрузке у настоящего жука, что указывает на то, что нагрузка на крыло является важным параметром, даже когда мы имитируем листовки природы».
В дополнение к повышению выносливости робота и увеличению его времени полета, новые стратегии, представленные доктором Парком, Фаном и их коллегами, позволяют ему двигаться в любом направлении, летать на открытом воздухе и нести дополнительные полезные нагрузки. Эти качества делают робота лучше подходящим для ряда реальных применений, таких как перемещение объектов из одного места в другое.
В будущем KUBeetle-S также можно будет использовать для изучения насекомых и лучшего понимания механизмов их движений, таких как быстрые повороты на склонах, часто наблюдаемые у мух. Из-за своего небольшого размера , он может даже быть развернут в естественной среде обитания для сбора материалов о насекомых и других диких животных или использоваться для проведения секретных военных миссий.
«В наших следующих исследованиях мы сосредоточимся на дальнейшем увеличении времени полета робота и установке бортовой системы наблюдения для навигационного полета», — сказал Фан. «Мы также планируем выяснить, сможем ли мы улучшить стабильность во время перехода полета, например, перевести его от быстрого полета вперед к зависанию и при наличии ветрового возмущения для лучшей маневренности робота в полете. Конечной целью будет автономный полет KUBeetle-S. «