Микроробот, вдохновленный динамикой крыла носорогов жуков

Кредит: Phan et al.

Динамика крыла летающих видов животных была вдохновением для многочисленных летающих роботизированных систем.В то время как птицы и летучие мыши обычно кладут свои крылья, используя силу, вырабатываемую их грудными и крыльями, процессы, лежащие в основе движений крыльев многих насекомых, остаются плохо изученными.

Исследователи из Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Швейцария) и Университета Конкук (Южная Корея) недавно намеревались исследовать, как травоядные насекомые, известные как Rhinoceros Beetles, развертывают и убирают свои крылья.Понимание, которое они собрали, изложенная в статье, опубликованной в природе, затем использовалось для разработки новой шлепающей микроробот, который может пассивно развернуть и отозвать свои крылья без необходимости обширных приводов.

«Насекомые, в том числе жуки, теоретически считают, что используют грудные мышцы для активного развертывания и отозвания своих крыльев на базах крыла, аналогично птицам и летучим мышам»,-сказал Tech Xplore Hoang-Vu Phan.«Тем не менее, методы записи или мониторинга мышечной активности по -прежнему не могут определить, какие мышечные жуки используют для развертывания и отозвания своих крыльев, а также объяснить, как они это делают».

Задесчие крылья (то есть задние крылья) жуков напоминают складные структуры оригами, так как они могут быть аккуратно сложены и убраны под элитрой (т. Е. Установленное предлога, обычно встречающееся в жуках), когда они отдыхают, а затем пассивно развернуты при лете.Многие прошлые исследования, направленные на воспроизведение динамики крыльев жука у роботов, таким образом, использовались структуры, подобные оригами, не уделяя особого внимания движениям у основания задних крыльев.

«Это исследование представляет собой продолжение моей предыдущей работы, опубликованной в науке в 2020 году, где мы обнаружили, что во время столкновений в полете во время столкновения в полете во время столкновений в полете во время столкновений в полете»,-объяснил Фан.«Во время экспериментов я случайно захватил полное двухфазное развертывание крыла и задавался вопросом, почему Жук использует такую ​​сложную процедуру, если она обусловлена ​​активными мышцами».

В своих предыдущих экзаменах на Rhinoceros Beetles Фан заметил, что эти насекомые могут использовать их элитру и взмахивающие силы, чтобы пассивно развернуть свои задние крылья для полета.Как только их полет закончится, и они приземляются на поверхность, они используют элитру, чтобы оттолкнуть задние крылья обратно на свое тело.Оба эти действия носят пассивный по своей природе, поскольку они не влечет за собой использование грудных мышц, которые поддерживают полеты птиц и летучих мышей.

«Внедряя этот пассивный механизм в роботов, мы впервые продемонстрировали, что, в отличие от существующих взмахивающих роботов, которые поддерживают их крылья в полностью расширенной конфигурации, наш робот может сложить крылья вдоль тела, когда они находятся в состоянии.Крылья, чтобы взлететь и поддерживать стабильный рейс », - сказал Фан.

Исследователи использовали понимание, которое они приобрели в результате изучения жуков носорогов, чтобы построить хлопающую микроробо, которая весит 18 граммов.Этот микроробот, который примерно в два раза больше, чем фактический жук, может пассивно развернуть и отозвать свои крылья.

«Для простоты мы использовали эластичные сухожилия, установленные на подмышках, которые позволяют роботу пассивно закрывать свои крылья», - сказал Фан.«Активируя прыжковые движения, робот может пассивно развернуть свои крылья, чтобы взлететь и поддерживать стабильный полет. После этого, останавливая хлопание после посадки, крылья могут быть быстро и пассивно втянуты обратно в тело без необходимости каких -либо дополнительных приводов.”

Недавняя работа Фана и его коллег обнародовала, что механизмы, лежащие в основе того, как жуки развертывают и отказываются от своих задних крыльев, пассивны и не полагаются на мышечные движения.Затем он ввел жизнеспособную стратегию для воспроизведения этих механизмов в микророботах, тем самым увеличивая их сходство с насекомыми.

«Наш робот со складными крыльями можно использовать для поисковых и спасательных миссий в ограниченных пространствах», - сказал Фан.«Например, он может войти в разрушенное здание, в котором люди не могут получить доступ. С помощью крошечного масштаба робот может летать в узкие пространства. Когда полете невозможен, робот может приземлиться или окунуться на любой поверхности, а затем переключаться на другие локомотырежимы, такие как ползание “.

Примечательно, что когда микроробо команды ползает, ее крылья лежат вдоль его тела, что снижает риск того, что они будут повреждены, а также повышая подвижность робота в узких пространствах.Как только он найдет хорошее место для полета, робот может просто снова развернуть свои крылья и переключиться обратно в режим полета.

«Наш взмахивающий робот также может помочь биологам изучить биомеханику полета насекомых и может быть замаскирован под шпионских насекомых, чтобы исследовать жизнь реальных насекомых в лесах, за которые обычные беспилотники с роторным крылом не применимы»,-сказал Фан.«Кроме того, робот для проведения инженерных исследований или в качестве инженерной игрушки для детей, так как его частота с низкой частотой очень безопасна и удобна для людей».

До сих пор Фан и его коллеги оценили их производительность MicroroBot в серии предварительных тестов, которые дали многообещающие результаты.В будущем их дизайн может быть дополнительно улучшен и проверен в различных сценариях реального мира, чтобы дополнительно подтвердить его потенциал.

«В будущих исследованиях было бы интересно изучить, используют ли другие насекомые, такие как крошечные мухи, используют аналогичные пассивные стратегии в контексте ограниченной доступности мышц», - добавил Фан.«Мы также стремимся улучшить гибкий бегство нашего робота и внедрить возможности наземного локомоции, такие как окунь и ползание, аналогично его биологическим аналогам».

More information: Hoang-Vu Phan et al, Passive wing deployment and retraction in beetles and flapping microrobots, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07755-9

© 2024 Science X Network