ROBOBEE

Se verdens minste robot-bie på vingene

Veier 0,08 gram og slår 120 vingeslag i sekundet.

En flyvende robot på størrelse med en bie er kommet seg på vingene ved Harvard Microelectronics Laboratory. Det skriver forskning.no.

Utradisjonell bie

Robotbien veier bare 80 milligram (mg), og er den første i sitt slag.

Utviklingen har krevd flere utradisjonelle løsninger for å imøtekomme krav til blant annet fremdrift, styring og produksjon.

Professor Robert J. Wood var student ved Harvard University da han satte seg et mål om å lage en flyvende robot med inspirasjon fra insektverdenen.

Designet gjør nå at forskerne kan studere mekanikk og aerodynamikk for flagrende vinger og reguleringsteknikk i insekt-skala.

Bier og fluer har unike luftakrobatiske egenskaper, og det har tatt tolv år med forskning og utvikling siden Woods fikk sin ide, til å utvikle vinger som kan sveve stillestående og utføre kontrollerte fly-manøvrer.

Les også: Styrer roboten med tankene

– Imponerende

Forsker Pål Liljebäck ved Senter for avansert robotikk ved NTNU og Sintef er imponert over resultatet fra Harvard-laboratoriet.

– Robotdesign er som regel vanskeligere jo mindre skala man jobber i, så det er en stor prestasjon at de har klart å lage en vingebasert flyvende mekanisme i denne skalaen som flyr stabilt. Reguleringssystemet i en slik robot er en stor utfordring, sier Liljebäck, som har doktorgrad innen slangerobotikk fra Teknisk Kybernetikk ved NTNU.

Siden robot-bien er så liten, har den også svært rask dynamikk.

Det vil si at det skal svært små krefter til for å forflytte roboten veldig raskt, og roboten må derfor ha svært raske mekanismer, eller aktuatorer, for omdanning av elektrisk strøm eller spenning til mekanisk bevegelse.

Robert J. Wood var student på universitetet da han satte seg som mål å lage en flygende robot etter modell fra insektverden. Fluer og bier er noen av naturens sprekeste luftakrobater, og det er populært blant forskere å hente ideer med inspirasjon fra naturens velutviklede mekanismer.
Robert J. Wood var student på universitetet da han satte seg som mål å lage en flygende robot etter modell fra insektverden. Fluer og bier er noen av naturens sprekeste luftakrobater, og det er populært blant forskere å hente ideer med inspirasjon fra naturens velutviklede mekanismer. Harvard Microelectronics Laboratory

Piezoelektroniske vinger

For å oppnå dette har forskerne ved Harvard har blant annet brukt smarte komposittstrukturer og piezoelektrisk effekt for utvikling av de små vingene. Piezoelektriske materialer kan konvertere mekaniske krefter om til elektrisk spenning, noe som er en reversibel prosess.

Det vil si at ved å sette en elektrisk spenning på materialet, vil man også kunne få materialet til å trekke seg sammen eller utvide seg, og denne piezoelektriske effekten brukes i robotbievingene i RoboBee fra Harvard-laboratoriet.

Elektrisk pådrag sørger for at det keramiske vinge-materialet krymper og utvider seg i raskt tempo, og gjør at vingene kan slå opp og ned med en frekvens på  120 ganger i sekundet.

Les også: Verdens minste animasjonsfilm har atomer i hovedrollen

Avgjørende

– Robotfluens høye vingefrekvens er nok avgjørende for at den flyr så stabilt. Den høye frekvensen er også nødvendig for å generere nok oppdrift, sier Liljebäck til Teknisk Ukeblad.

Vingene kan styres uavhengig av hverandre, og har et vingespenn på tre centimeter.

I pressemeldinga skriver forskerne at de små robotene kanskje kan brukes til miljøovervåkning, redningsaksjoner og pollinering av landbruksplanter.

Robotdesign er som regel vanskeligere jo mindre skala man jobber i, så det er en stor prestasjon at de har klart å lage en vinge-basert flyvende mekanisme i denne skalaen som flyr stabilt, sier robot-forsker Pål Liljebäck ved NTNU/Sintef/Robotnor.
Spion-fluerRobotdesign er som regel vanskeligere jo mindre skala man jobber i, så det er en stor prestasjon at de har klart å lage en vinge-basert flyvende mekanisme i denne skalaen som flyr stabilt, sier robot-forsker Pål Liljebäck ved NTNU/Sintef/Robotnor. Sintef

Spion-fluer

Hovedlærer i luftmakt og teknologistudier ved Luftkrigsskolen, Gjert Lage Dyndal, ser imidlertid for seg mer enn som så.

– Jeg har vanskelig for å se for meg nytten av så små enheter til miljøovervåkning og lignende, men de kan kanskje bli nyttige innen et bredt spekter av redningsarbeid, sier Dyndal til Teknisk Ukeblad.

Dyndal mener at når så nyskapende teknologi utvikles, kommer den sannsynligvis til å kunne bli utnyttet på måter man i dag ennå ikke ser for seg.

– Etter hvert kan de kanskje også benyttes som spion-bier og som våpen mot spesielt godt beskyttede enkeltpersoner, sier han.

Les også: Flygende spion veier 16 gram

– Bare fantasien setter grenser

Også Liljebäck ser for seg en rekke anvendelsesområder.

– Det mest aktuelle for anvendelsen til en slik robot-bie vil være relatert til bruk av roboten som et transportssystem for bittesmå sensorer, som for eksempel et lite kamera, en temperatursensor, en mikrofon eller lignende.

– Det er bare fantasien som setter grenser så lenge man har en robot som kan bringe sensoren dit man ønsker, sier Liljebäck.

Bio-inspirasjon

Den bie-inspirerte roboten er en av mange bio-inspirerte teknologiutviklinger.

Mange forskere velger å hente inspirasjon fra naturen, da en underliggende tro på at løsninger som finnes i naturen er hensiktsmessige eller nær optimale siden disse løsningene har blitt til og overlevd gjennom millioner av år med evolusjon.

Energieffektivitet er en særlig viktig grunn til å forsøke å etterligne løsninger i naturen når man lager en robot.

Og da forskerne ved Harvard koblet robot-bien til en ekstern strømkilde, fant de ut at den konsumerer omtrent 19 milliwatt (mW), omtrent samme energiforbruk som ekte insekter av samme størrelse har.

Les også: Disse dyrene har superkrefter som industrien streber etter å gjenskape

– Utvikling viktigst

Arbeidet med RoboBee har vært med på å skape et lettere alternativ til den elektromagnetiske motoren, men roboten er fortsatt avhengig av strømforsyning gjennom en tynn ledning tilknyttet en ekstern strømkilde.

Den kontrolleres også enn så lenge fra en ekstern datamaskin, og ifølge forskeren selv, så er det kanskje utviklingsarbeidet som utgjør den største verdien i arbeidet med robotfluen.

– Det handler om å flytte grenser og å motivere forskere og ingeniører fra hele miljøet til å utvikle mindre batterier, mer effektive kontrollsystemer og sterkere, lettere materialer, mener Wood.

Les også:

Er det den ultimate ingeniørleken?

Roboter kan redde norsk industri

Denne roboten kan bli en ball