ساخت نوعی ربات پرنده با الهام از پرواز حشرات ‏

دانشمندان عنوان می‌کنند که با الهام گرفتن از پرواز سریع حشراتی مانند پشه یا مگس میوه، موفق به ساخت ربات پرنده مستقلی شده‌اند.

پژوهشگران دانشگاه فناوری دِلفت (TU Delft‎) از آزمایشگاه ریزپرنده مکانیکی با نام اختصاری MAVLab موفق به ساخت نوعی ربات پرنده با الهام از حشرات شدند. تجربیاتی از این دست یعنی ساخت نخستین ربات مستقل با پرواز آزادانه و بال زدنهای سریع که با همکاری بخش تحقیقات دانشگاه واگنینگن (Wageningen ‎) صورت گرفت درک ما را از نحوه کنترل مگس میوه در مانورهای سریع و بی‌باکانه فرار افزایش می‌دهد. صرف‌نظر از پتانسیل بالای این ربات در تحقیقات پرواز حشرات، ویژگیهای پروازی منحصربفرد آن دریچه‌ای به روی کاربردهای جدید پهباد گشوده است. (پهباد هواپیمای بدون سرنشین و کنترل از راه دور است)

جانداران پرنده با به حرکت درآوردن بالهای خود یا به اصطلاح بال زدن، پرواز خود را کنترل می‌کنند. این امر نه تنها به پرندگان کوچکی مانند حشرات اجازه داده نزدیک به یک گل در هوا معلق بمانند بلکه می‌توانند با سرعت از خطر فرار نمایند. بطوریکه همه شاهد این حرکت حشرات در حین تلاش برای کشتن یک مگس بوده‌ایم. پرواز جانداران همواره توجه زیست شناسان را به خود جلب کرده‌ است. این متخصصان افرادی هستند که نه تنها آیرودینامیک و الگوهای حرکات پیچیده بال این جانداران را مورد مطالعه قرار می‌دهند، بلکه سیستم‌های حرکتی و عصبی آنها در طول چنین مانورهای سریعی را نیز بررسی می‌کنند. جانداران پرنده در این اواخر همچنین به منبعی الهام بخش برای پژوهشگران حوزه رباتیک تبدیل شده‌اند. این پژوهشگران سعی داشته رباتهای پرنده سبک بالی بسازند که به چابکی، کارآمدی و حتی به اندازه حشرات واقعی باشند. (لازم به ذکر است که آیرودینامیک شاخه‌ای از دینامیک سیّالات بوده که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک می‌پردازد.)

ربات پرنده بسیار چابک

پژوهشگران دانشکده فناوری دلفت با الهام از حشرات، موفق به ساخت رباتی پرنده شده‌اند. رباتی که تا به اینجا در عملکرد خود بی‌همتا بوده و در عین حال از طراحی ساده با قابلیت تولید آسان برخوردار بوده است. این ربات مانند حشرات پرنده، در هر ثانیه 17 مرتبه بال زده که این امر نه تنها نیروی بالا برنده مورد نیاز جهت حفظ پرنده در هوا را تولید می‌کند، بلکه پرواز را از طریق تنظیمات جزئی در حرکت بال کنترل می‌نماید. مکانیسم‌های کنترل این ربات با الهام از مگس میوه بسیار کارآمد بوده و این امکان را فراهم ساخته که نه تنها در یک نقطه به حالت معلق باقی مانده و در تمام جهات پرواز کند، بلکه بسیار سریع و فرز نیز باشد.
این ربات از سرعت بالای 25 کیلومتر در ساعت برخوردار بوده و حتی می‌تواند مانورهای بی‌باکانه‌ای همچون چرخش 360 درجه‌ای از خود به نمایش گذاردمَتِج کاراسک پژوهشگر ارشد این تحقیق و طراح اصلی این ربات پرنده عنوان می‌کند که: «ربات ما از سرعت بالای 25 کیلومتر در ساعت برخوردار بوده و حتی می‌تواند مانورهای بی‌باکانه‌ای همچون چرخش 360 درجه‌ای مشابه با حرکات حلقه وار از خود به نمایش گذارد». وی می‌افزاید: «علاوه بر آن، ربات مذکور با پهنای بال 33 سانتیمتری و وزن 29 گرمی نسبت به اندازه خود، از کارایی و قدرت بسیار خوبی برخوردار بوده بطوریکه به آن امکان داده به مدت 5 دقیقه به حالت معلق در هوا پرواز کرده یا در صورت شارژ کامل باتری یک کیلومتر پرواز نماید». این پرنده رباتیک در هر طرف از دو بال شفاف برخوردار است.

بررسی مانورهای فرار مگس میوه

صرف‌نظر از بدیع و مستقل بودن این میکرو پهباد، عملکردهای پروازی، همراه با قابلیت برنامه ریزی آن، موجب شده است که این میکرو ربات به گزینه‌ای مناسب جهت انجام پژوهش در پرواز حشرات تبدیل شود. دانشکده فناوری دلفت با همکاری دانشگاه واگنینگن این پروژه را به اتمام رساندند. پروفسور فلوریَن موجرس (Florian Muijres) از گروه جانورشناسی تجربی دانشگاه واگنینگن عنوان می‌کند: «زمانی که برای نخستین بار این ربات را در حال پرواز دیدم، از میزان تشابه پرواز آن به ویژه به هنگام مانور، با حشرات واقعی شگفت زده شدم. بلافاصله این فکر در من شکل گرفت که حقیقتاً می‌توانیم آن را در تحقیقات مرتبط با دینامیک و کنترل پرواز حشرات بکار گیریم». این تیم بواسطه فعالیت گذشته پروفسور موجرس بر روی مگس میوه، تصمیم گرفتند که این ربات را به گونه‌ای برنامه ریزی نمایند که اقدامات کنترلی این حشرات را در طول مانورهای فرار بسیار سریع تقلید نماید. این مانورها همانند مانورهای فرار مگس به هنگام تلاش برای کشتن این حشره می‌باشند.
مانورهای انجام شده توسط این ربات بسیار شبیه به مانورهای مشاهده شده در مگس میوه است
مانورهای انجام شده توسط این ربات بسیار شبیه به مانورهای مشاهده شده در مگس میوه است. این ربات همچنین قادر است نحوه کنترل مگس میوه در زاویه چرخش به منظور به حداکثر رساندن عملکرد فرار را از خود نشان دهد. کاراسک می‌افزاید: «بر خلاف تجربیاتی که از حیوانات داشتیم، آنچه در «مغز» ربات رخ می‌داد به طور کامل تحت کنترل ما بود. این امر به ما اجازه داده مکانیسم آیرودینامیک جدیدی را تعیین و توصیف کنیم که نه تنها به حشرات پرنده کمک می‌کند، بلکه احتمالاً سایر جانداران پروازی را نیز در طول هدایت مسیر خود از میان این چرخشهای سریع رو به داخل کمک می‌نماید».

دارای پتانسیل استفاده در برنامه‌های کاربردی آتی

این آزمایشگاه به مدت بیش از 10 سال است که از طریق پروژه دلفت در حال توسعه رباتهای پرنده الهام گرفته از حشرات است. به گفته‌ی پروفسور گیدو دی کرون (Guido de Croon) عضو ارشد آزمایشگاه MAVLab: «پهبادها یا هواپیماهای بدون سرنشین الهام گرفته از حشرات دارای پتانسیل بالایی برای استفاده در برنامه‌های کاربردی جدید هستند، به این دلیل که سبک وزن بوده، انسان را به مخاطره نمی‌اندازند و خود نیز در کنار انسان در امان بوده و به ویژه در مقیاس‌های کوچکتر، قادرند بیش از نمونه‌های طراحی شده از پهبادهای پیشین پرواز کارآمدتری داشته باشند. با این حال، این رباتهای پرنده تا به امروز به این پتانسیل دست نیافته‌اند چرا که یا به قدر کافی چابک نبوده‌اند مانند نمونه دلفلای 2 (DelFly II ‎) یا اینکه به یک فرایند تولید کاملاً پیچیده نیاز داشته‌اند». ربات ساخته شده در این تحقیق موسوم به دلفلای نیمبل (DelFly Nimble) که بر مبنای روش‌های ثابت تولیدی ساخته شده است، از اجزای آماده و پیش ساخته استفاده کرده و استقامت پروازی آن به قدر کافی زیاد است که مورد توجه برنامه‌های کاربردی دنیای واقعی قرار گیرد.

ربات دلفلای نیمبل بواسطه پروژه TTW بیش از پیش توسعه خواهد یافت به این معنا که به چابکی یک زنبور در خواهد آمد. این تحقیق با همکاری دانشگاه فناوری دلفت و دانشگاه واگنینگن در حال انجام است.

مترجم: رزیتا ملکی‌زاده

برگرفته از سایت sciencedaily