14/09/2023
Door Ad Spijkers
Amerikaanse onderzoekers ontwikkelden kleine robotapparaten die de manier waarop ze door de lucht bewegen, kunnen veranderen.
De robotjes kunnen hun vlucht veranderen door tijdens hun afdaling in een gevouwen positie te 'klikken'. Wanneer ze uit een drone worden gedropt, gebruiken ze een Miura-ori origamivouw om over te schakelen van door de lucht tuimelen en verspreiden naar rechtstreeks op de grond vallen.
Om de robots te verspreiden, controleren onderzoekers van de University of Washington in Seattle de timing van de overgang van elk apparaat met behulp van een paar methoden. Ze gebruiken een ingebouwde druksensor (die de hoogte schat), een ingebouwde timer of een Bluetooth-signaal.
Microvliegers
De microvliegers hebben een massa van ongeveer 400 mg. Ze kunnen de afstand van een voetbalveld overbruggen wanneer ze bij een lichte bries van 40 m vallen. Elk apparaat heeft een ingebouwde batterijloze actuator, een circuit voor het oogsten van zonne-energie en een controller om deze vormveranderingen in de lucht te activeren. De microvliegers kunnen ook sensoren aan boord meenemen om de temperatuur, vochtigheid en andere omstandigheden tijdens het vliegen te onderzoeken.
Het gebruik van origami opent een nieuwe ontwerpruimte voor microvliegers. Ze onderzoeken combineren de Miura-ori vouw, die is geïnspireerd op geometrische patronen in bladeren, met energy harvesting en kleine actuatoren waarmee de vliegers de vlucht van verschillende bladtypes in de lucht kunnen nabootsen. In uitgevouwen platte staat kan de origami-structuur chaotisch in de wind tuimelen, vergelijkbaar met een iepenblad.
Het overschakelen naar de gevouwen toestand verandert de luchtstroom eromheen en maakt een stabiele afdaling mogelijk, vergelijkbaar met hoe een esdoornblad valt. Door deze energetisch zuinige methode is de vliegende robot tijdens de afdaling zonder batterijen te besturen, wat voorheen niet mogelijk was.
Uitdagingen
De robotsystemen overwinnen verschillende ontwerpuitdagingen. De apparaten:
- zijn stijf genoeg om te voorkomen dat ze per ongeluk overgaan naar de gevouwen toestand vóór het signaal;
- hebben een snelle overgang tussen de staten. De ingebouwde actuatoren van de apparaten hebben slechts ongeveer 25 ms nodig om het vouwen te starten;
- kunnen van vorm veranderen terwijl ze niet gebonden zijn aan een stroombron. Het stroomoogstcircuit van de microvliegers maakt gebruik van zonlicht om de actuator van energie te voorzien.
De huidige microvliegers kunnen slechts in één richting overgaan: van de tuimelende toestand naar de vallende toestand. Met deze schakelaar kunnen onderzoekers de afdaling van meerdere microvliegers tegelijkertijd regelen, zodat ze zich op hun weg naar beneden in verschillende richtingen verspreiden. Toekomstige apparaten zullen volgens de onderzoekers in beide richtingen kunnen veranderen. Deze extra functionaliteit zorgt voor nauwkeurigere landingen in turbulente windomstandigheden.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Mark Stone, University of Washington