Hlavní navigace

Inspirace hmyzem pomáhá zlepšit drony

 Autor: Ⓒ Kevin Yufeng Chen / MIT
Komáři, sršni i mouchy mají jedinečné způsoby letu, které lze uplatnit i v případě malých dronů. Jejich aerodynamika a principy vznášení můžeme uplatnit ve světě technologií.
David Slouka 3. 3. 2021

Sdílet

Hmyz umí být velmi odolný a obratný – prvky, které chce každý inženýr dronů implementovat do svých „dětí“. Hmyz naviguje vzdušný svět přirozeně, bere v úvahu směr a sílu větru, různé anomálie i překážky. V rámci dronů je lze reprodukovat jen obtížně, ale systém vybudovaný na MIT stroje zase o něco přibližuje genialitě nejlepšího z architektů, přírodě.

Nově vyvinuté drony nepřipomínají žádný existující hmyz, ale principy jejich letu využívá efektivně. Drobnější roboty pohání relativně malý aktuátor, který je dostatečně odolný a zároveň lehký.

Inspirací je vážka i včela

Drony v současnosti pro svou práci vyžadují otevřené prostory – nejsou dost obratné na to, aby dokázaly navigovat v omezených prostorách; jejich odolnost také není z nejvyšších, takže případné nárazy by nevydržely.

Stavba malých dronů je, ironicky vzato, výrazně obtížnější než budování velkých bezpilotních letounů. Liší se už konstrukčně; zatímco větší drony vyžadují motory, u malých jsou nepraktické – čím menší motor, tím nižší jeho efektivita. Pro malinké drony je tak daleko efektivnější využívat aktuátory postavené z piezoelektrických keramických materiálů.

Jejich problémem je ovšem křehkost, snadno se poničí. A čím menší je dron, tím by měl ideálně být odolnější. Běžná včela kupříkladu do něčeho narazí v průměru každou sekundu, a ačkoli u dronu to, doufejme, bude poněkud nižší frekvence, stále je nutné zajistit, aby se nerozpadl po pár drobných nárazech.

MIT tedy místo keramiky využila měkké materiály z gumových cylindrů pokrytých karbonovými nanotrubičkami. Když se na tyto trubičky aplikuje voltáž, produkují dostatečnou elektrostatickou sílu, aby se gumový cylindr rozpínal a smršťoval – a simuloval tak rychlý pohyb křídel ne nepodobný včele nebo sršňům.

Inovované aktuátory jsou schopny vydávat až 500 úderů křídly za sekundu, což dronu zajistí schopnost pokračovat v letu i po nárazu; zvládá i náročné, akrobatické letové manévry jako je salto ve vzduchu. Celý dron váží pouhých 0,6 gramů, tedy přibližně stejně jako velká včela. Momentálně dron připomíná malou kazetu s křídly, v budoucnu by ale měl vypadat jako vážka.

Současným problémem této technologie je nutnost připojení externího zdroje energie – aktuátor vyžaduje příliš vysokou voltáž, což momentálně vědci neumí vyřešit. Do budoucna se ale jít cestou hmyzu zdá u malých dronů jako nejlepší cesta.

Studie se objevila v peer-reviewed magazínu IEEE Transactions on Robotics, hlavním autorem studie je docent katedry elektrického inženýrství a počítačových věd na MIT Kevin Yufeng Chen.