Un système sans gyroscope pour contrôler efficacement le vol de robots de la taille d’un insecte

Un système sans gyroscope pour contrôler efficacement le vol de robots de la taille d'un insecte

Image des composants d’une suite avionique pour un “robot moucheron” de 10 mg sur un doigt. Ils comprennent un gyroscope de 2 mg, un microprocesseur de 3 mg et un capteur de débit optique visuel de 1 mg. Crédit : Fuller, Yu et Talwekar.

Des robots légers et volants de la taille de petits insectes pourraient avoir des applications très utiles dans le monde réel, par exemple pour soutenir des missions de recherche et de sauvetage, des inspections de sites dangereux et même l’exploration spatiale.

Malgré leur potentiel, la réalisation de ces robots s’est jusqu’à présent avérée difficile, notamment en raison de problèmes techniques rencontrés lorsqu’il s’agissait de stabiliser leur vol et de reproduire artificiellement les capacités innées de vol stationnaire des insectes.

Des chercheurs de l’Université de Washington ont récemment développé un système de contrôle de vol et de détection du vent qui pourrait aider à résoudre ce problème de robotique difficile, permettant enfin le vol stable de robots même aussi petits qu’un moucheron. Ce système, introduit en Robotique scientifiquerepose sur l’utilisation d’accéléromètres, un capteur capable de mesurer l’accélération de tout appareil, objet ou corps en mouvement.

“Depuis près de 40 ans, les roboticiens et les experts en microfabrication rêvent de créer des robots” de la taille d’un moucheron “ne pesant que quelques milligrammes – proposés pour la première fois par Anita Flynn à Berkeley”, a déclaré Sawyer Fuller, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. dit TechXplore.

“Elle et Rodney Brooks ont écrit plus tard un article divertissant, “Rapide, bon marché et incontrôlable : une invasion robotique du système solaire”, qui proposait d’envoyer de minuscules robots pour explorer le système solaire, également connu sous le nom de “poussière intelligente”. De tels robots seraient beaucoup plus petits que le robot de 100 mg de la taille d’un bourdon appelé UW Robofly, que les étudiants de mon laboratoire ont créé jusqu’à présent.”

Ces dernières années, de nombreux roboticiens du monde entier ont tenté de créer des systèmes d’actionnement pour des robots de la taille d’un insecte pesant 10 mg ou moins et beaucoup ont réussi, notamment des chercheurs de l’Université de Berkeley et des Army Research Labs. Cependant, stabiliser et contrôler de manière fiable le vol de ces robots incroyablement petits s’est jusqu’à présent avéré problématique.

“En règle générale, les petits robots et drones à ailes battantes sont instables sans contrôle par rétroaction”, a expliqué Fuller. “Si vous allumez les ailes ou les rotors, ils tombent rapidement du ciel. On pense que les mouches compensent en utilisant des haltères gyroscopiques comme rétroaction. Ainsi, une solution évidente serait d’ajouter un gyroscope à la conception du robot.”

Un système sans gyroscope pour contrôler efficacement le vol de robots de la taille d'un insecte

Images des composants d’une suite avionique pour un “robot moucheron” de 10 mg sur une pièce d’un quart de dollar américain. Ils comprennent un gyroscope de 2 mg, un microprocesseur de 3 mg et un capteur de débit optique visuel de 1 mg. Crédit : Fuller.

Alors que l’intégration de gyroscopes pourrait théoriquement aider à surmonter les problèmes techniques associés au vol de petits robots volants, les gyroscopes disponibles aujourd’hui sont loin d’être aussi légers ou efficaces qu’ils devraient l’être pour voler sur de tels appareils légers. Le gyroscope le plus léger développé à ce jour pèse 15 mg, soit 5 mg de plus que le poids d’un robot entier de la taille d’un moucheron.

“Notre solution proposée à ce problème provient de ma thèse de doctorat, où j’ai découvert que les mouches utilisent le sens du vent de leurs antennes en forme de plumes pour contrôler leur vol”, a déclaré Fuller. “Nous avons montré dans cet article que vous pouvez faire ce que font les mouches, mesurer la vitesse de l’air, en utilisant un type de capteur différent, un accéléromètre. Le gros avantage est que les accéléromètres sont intrinsèquement beaucoup plus petits et plus efficaces que les gyroscopes. Ils sont disponibles hors-la- étagère dans un emballage ne pesant que 2 mg.”

En plus d’être beaucoup plus légers que les gyroscopes, lorsqu’ils sont accompagnés de bons modèles de dynamique de robot, les accéléromètres peuvent également aider à estimer l’angle d’inclinaison en vol des robots. Dans leur conception, Fuller et ses collègues ont également inclus un capteur de débit optique tout aussi léger et un minuscule microprocesseur, pour également estimer l’altitude d’un robot et la force du vent.

“Lorsque nous avons comparé une réponse simulée de notre système à une rafale de vent avec la façon dont les mouches des fruits réagissent à la même rafale, nous avons constaté que les deux systèmes se comportaient de manière assez similaire”, a déclaré Fuller. “Nous avons donc maintenant une hypothèse intéressante à tester sur le contrôle du vol des insectes. À savoir, que les insectes volants qui n’ont pas de gyroscopes, comme les abeilles et les papillons de nuit, pourraient être capables de stabiliser leur dynamique de vol instable en détectant le vent avec leurs antennes. “

Fuller et ses collègues ont testé leur système dans des simulations et des expériences réelles à l’aide d’un robot de 30 grammes et ont découvert qu’il pouvait stabiliser avec succès son vol, lui permettant de reproduire la dynamique de vol des mouches des fruits. À l’avenir, ils espèrent qu’il sera appliqué et testé sur de nombreux autres robots volants, y compris des robots plus légers pesant 10 mg ou moins.

“Nous avons pu créer un système de contrôle de vol stabilisant basé sur des pièces standard suffisamment petites pour un robot de la taille d’un moucheron”, a ajouté Fuller. “Notre système pourrait également être adapté à des robots plus grands, tels que le 100 mg UW Robofly, permettant de consacrer plus de charge utile à une batterie plus grande ou à d’autres capteurs. Dans nos prochaines études, nous prévoyons de le démontrer en vol sur le UW Robofly.”

Plus d’information:
Sawyer Fuller et al, Un système de contrôle de vol inertiel visuel et de détection du vent sans gyroscope pour robots de 10 mg, Robotique scientifique (2022). DOI : 10.1126/scirobotics.abq8184

© 2022 Réseau Science X

Citation: Un système sans gyroscope pour contrôler efficacement le vol de robots de la taille d’un insecte (2022, 13 décembre) récupéré le 13 décembre 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-12-gyroscope-free-effectively-flight-insect -taille-robots.html

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