Des chercheurs construisent un robot abeille capable de se tordre

Avec quatre ailes en fibre de carbone et mylar ainsi que quatre actionneurs légers pour contrôler chaque aile, le Bee⁺⁺ prototype est le premier à voler de manière stable dans toutes les directions. Cela inclut le mouvement de torsion délicat connu sous le nom de lacet, avec l’abeille⁺⁺ atteindre pleinement les six degrés de liberté de mouvement qu’un insecte volant typique affiche.

Dirigés par Néstor O. Pérez-Arancibia, professeur associé Flaherty à l’École de génie mécanique et des matériaux de la WSU, les chercheurs rendent compte de leurs travaux dans la revue, Transactions IEEE sur la robotique. Pérez-Arancibia présentera les résultats à la conférence internationale IEEE sur la robotique et l’automatisation à la fin de ce mois.

Les chercheurs tentent de développer des insectes volants artificiels depuis plus de 30 ans, a déclaré Pérez-Arancibia. Ils pourraient un jour être utilisés pour de nombreuses applications, notamment pour la pollinisation artificielle, les efforts de recherche et de sauvetage dans des espaces restreints, la recherche biologique ou la surveillance environnementale, y compris dans des environnements hostiles.

Mais le simple fait de faire décoller et atterrir les minuscules robots nécessitait le développement de contrôleurs qui agissent comme le fait un cerveau d’insecte.

“C’est un mélange de conception et de contrôle robotiques”, a-t-il déclaré. “Le contrôle est hautement mathématique, et vous concevez une sorte de cerveau artificiel. Certaines personnes l’appellent la technologie cachée, mais sans ces cerveaux simples, rien ne fonctionnerait.”

Les chercheurs ont initialement développé une abeille robotique à deux ailes, mais ses mouvements étaient limités. En 2019, Pérez-Arancibia et deux de ses doctorants ont pour la première fois construit un robot à quatre ailes suffisamment léger pour décoller. Pour effectuer deux manœuvres appelées tangage ou roulis, les chercheurs font battre les ailes avant d’une manière différente des ailes arrière pour le tangage et les ailes droites battent d’une manière différente que les ailes gauches pour le roulis, créant un couple qui fait tourner le robot. ses deux axes horizontaux principaux.

Mais être capable de contrôler le mouvement de lacet complexe est extrêmement important, a-t-il déclaré. Sans cela, les robots deviennent incontrôlables, incapables de se concentrer sur un point. Puis ils s’écrasent.

“Si vous ne pouvez pas contrôler le lacet, vous êtes super limité”, a-t-il déclaré. “Si vous êtes une abeille, voici la fleur, mais si vous ne pouvez pas contrôler le lacet, vous tournez tout le temps en essayant d’y arriver.”

Avoir tous les degrés de mouvement est également d’une importance cruciale pour les manœuvres d’évitement ou le suivi d’objets.

“Le système est très instable et le problème est extrêmement difficile”, a-t-il déclaré. “Pendant de nombreuses années, les gens avaient des idées théoriques sur la façon de contrôler le lacet, mais personne ne pouvait y parvenir en raison des limitations d’actionnement.”

Pour permettre à leur robot de se tordre de manière contrôlée, les chercheurs se sont inspirés des insectes et ont déplacé les ailes pour qu’elles battent dans un plan incliné. Ils ont également augmenté le nombre de fois par seconde que leur robot peut battre des ailes – de 100 à 160 fois par seconde.

“Une partie de la solution était la conception physique du robot, et nous avons également inventé une nouvelle conception pour le contrôleur – le cerveau qui dit au robot quoi faire”, a-t-il déclaré.

Pesant 95 mg avec une envergure de 33 millimètres, l’abeille⁺⁺ est encore plus gros que les vraies abeilles, qui pèsent environ 10 milligrammes. Contrairement aux vrais insectes, il ne peut voler de manière autonome que pendant environ cinq minutes à la fois, il est donc principalement attaché à une source d’alimentation via un câble. Les chercheurs travaillent également au développement d’autres types de robots insectes, notamment des chenilles et des marcheurs d’eau.

Les anciens doctorants de Pérez-Arancibia à l’Université de Californie du Sud, Ryan M. Bena, Xiufeng Yang et Ariel A. Calderón, ont co-écrit l’article. Le travail a été financé par la National Science Foundation et la DARPA. La Fondation WSU et le Palouse Club par le biais du programme Cougar Cage de WSU ont également apporté leur soutien.