Unsere RIESIGE DROHNE hebt endlich ab! | Menschliche Drohne #3
Man könnte sich verzeihen, wenn man denkt, dass der härteste und robusteste Roboter eine Art ultrahartes Skelett aus Metalllegierungen wie der Terminator sein könnte, aber manchmal ist es weich und flexibel.
Diese Woche veröffentlichten Ingenieure der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz die Ergebnisse ihrer Bemühungen, eine wirklich saubere, flexible Quadrocopter-Drohne in der Zeitschrift zu produzieren Wissenschaftsrobotik.
Wie eine wachsende Anzahl von Mikrorobotern, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, leihen sich diese Drohnen auch einige ihrer Designelemente aus der leichten Faltarchitektur von Origami. Aber die Forscher erzählen es Inverse, Mit einem entscheidenden Unterschied: Das Design ist ein neues Kompositmaterial, das flexibel genug ist, um Schäden zu absorbieren, aber steif genug, um aerodynamisch zu bleiben, und wurde von den Materialeigenschaften der Insektenflügel inspiriert.
"Die meisten Origami-Strukturen bestehen aus starren laminierten Materialien und starren Verbindungen (dh nicht dehnbaren Verbindungen aus Polyimid oder Nylon), was zu Einschränkungen führt", sagt Stefano Mintchev, Postdoktorand an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz. "Starre Origamis sind zerbrechlich, neigen zum Reißen und versagen leicht, wenn sie bei Kollisionen überlastet werden."
Zhi Ern Teoh, ein in Harvard ausgebildeter, unberührter Maschinenbauingenieur, der eigene, von Origami inspirierte Mikroroboter entwickelt hat, erzählte Inverse Er war beeindruckt von der Arbeit des Lausanne-Teams.
„Da der Flügel am Hauptflügel völlig starr ist, kann der Flügel brechen, wenn er auf ein Hindernis stößt“, erklärt Teoh. "Was sie im Hinblick auf das Anpassen der" Schwellenkraft "getan haben - die Schwelle, bei der der Wechsel von starr zu weich erfolgt -, denke ich, ist der Schlüssel für Strukturen, die Stößen standhalten müssen."
Im Mittelpunkt der Innovation der Schweizer Gruppe steht eine gestreckte elastische Schicht, die wie ein Gummiband aussieht, das sich verzweifelt wieder in Form bringen möchte. Diese Schicht wird dann umschlossen und an einem starreren segmentierten Exoskelett befestigt. Es ähnelt einer dieser hölzernen Holzpuppen, die herunterfallen und kollabieren, wenn Sie die Schnur darin lösen. Beim Aufprall verbiegt sich die Drohne an ihren segmentierten Fugen, wobei sich die elastische Schicht streckt. Dann springt es wieder in Form und kann weiter fliegen.
Natürlich kann die Konstruktion auch nicht zu flexibel sein, und das Material Engineering-Know-how des EPFL-Teams stößt auf ein sensibles Gleichgewicht.
"Wenn die Schwellenkraft zu niedrig ist", sagt Teoh, "kann der Quadrocopter nicht abheben, oder?" Denn in dem Moment, in dem Sie den vollen Schub einschalten, wird die Struktur zusammenbrechen. “
Man könnte sich eine Reihe von Dingen vorstellen: Die Propeller könnten ineinander stoßen; Sie konnten die Flügel in verschiedene Richtungen zeichnen und die Drohne im Grunde zeichnen und vierteln. Um ehrlich zu sein, wäre es ein Durcheinander. Um die richtige Zugfestigkeit zu finden, d. H. Die Schwelle, bei der eine Biegung wünschenswert wäre, mussten gemäß Mintchev ähnliche Merkmale in Insektenflügeln untersucht werden.
„Die Herausforderung, Steifigkeit und Weichheit in faltbaren Strukturen strategisch anzupassen, wird von Insekten gemeistert“, sagt Mintchev. "Ihre entwickelten Origami-Flügel bestehen aus starren Kacheln aus Kutikula, die durch weiche Resilin-Verbindungen verbunden sind."
Mintchev und die Gruppe sehen auch andere Anwendungen für dieses Design, einschließlich flexiblerer Greifmechanismen, für die sie bereits Prototypen gebaut haben.
Zu den Vorteilen dieses Designs zählen ein Griff, der etwas weniger zerbrechliches zerreißt, wenn er versucht, ihn aufzubringen, und einen Griff, der nicht in der Lage ist, etwas über seine Kapazität hinaus zu heben (nur um später das Risiko zu verlieren).
"Der derzeitige Trend in der Robotik besteht darin, weichere Roboter zu schaffen", so Dario Floreano, Direktor des EPFL-Laboratoriums für Intelligente Systeme und weiterer Co-Autor des neuen Papiers, "der sich an eine bestimmte Funktion anpassen und neben Menschen sicher arbeiten kann.". ”
Auf seine Art sanft zu sein, ist ein Zeichen von Stärke - etwas, das die harten Terminator-Roboter beachten sollten.
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