KUBeetle-S: un robot inspirado en insectos que puede volar hasta 9 minutos

 

KUBeetle-S: un robot inspirado en insectos que puede volar hasta 9 minutos
El robot KUBeetle-S. Crédito: Hoang Vu Phan et al.

Investigadores de la Universidad de Konkuk en Corea del Sur crearon recientemente KUBeetle-S, un robot volador inspirado en una especie de escarabajo cornudo llamado Allomyrina dichotoma, que se encuentra entre los insectos más grandes del planeta. Allomyrina dichtoma pesa aproximadamente de 5 a 10 gy tiene una carga de ala de 40 N / m2, que es notablemente alto en comparación con las cargas promedio de las alas de los insectos (generalmente alrededor de 8 N / m2)

«Para imitar el vuelo del escarabajo, primero desarrollamos un mecanismo de ala de aleteo que puede crear un gran ángulo de aleteo y producir elevación para compensar el peso del KUBeetle-S, al igual que el escarabajo cornudo del que se inspira», dijo el profesor Hoon Cheol Park. , uno de los investigadores que realizó el estudio reciente, dijo a TechXplore. «Dado que el KUBeetle-S no está equipado con superficies de control en la cola, a diferencia de un volante convencional, sus alas batientes deben ser capaces de producir momentos de control solo cambiando la cinemática del ala en medio del movimiento de aleteo».

El generador de momento de control que el Prof. Park y sus colegas instalaron dentro de KUBeetle-S puede cambiar el plano de carrera del ala del robot a la derecha, izquierda, adelante y atrás, permitiendo en última instancia la redirección de su elevación vertical como se desee y generando simultáneamente el momento de control. Este generador está integrado mecánicamente con servomotores ligeros y también se puede controlar electrónicamente a través de un tablero de control y un sistema de control de retroalimentación basado en un algoritmo desarrollado por los investigadores.

KUBeetle-S volando al aire libre. Crédito: Hoang Vu Phan et al.

Al igual que el escarabajo cornudo del que se inspira, KUBeetle-S, presentado por primera vez en el Revista Internacional de Micro Vehículos Aéreos, puede cambiar entre una variedad de estilos de locomoción, incluido el vuelo estacionario, con una impresionante amplitud de carrera alta de más de 180 grados. En un artículo reciente publicado previamente en arXiv, los investigadores también pudieron mejorar significativamente la resistencia de su vuelo utilizando una fuente de energía de bajo voltaje.

«El objetivo principal de nuestro reciente artículo publicado previamente en arXiv era prolongar el tiempo de vuelo o la resistencia del robot KUBeetle-S», explicó el profesor Park. «Pudimos extender la resistencia del robot eligiendo un ala aerodinámicamente eficiente y ampliando el área del ala para que coincida con la carga del ala con la del escarabajo real. En particular, se cortó el área del ala interior».

Además de mejorar la elevación de las alas del robot y la relación de elevación a potencia, las estrategias de diseño empleadas por el profesor Park y sus colegas reducen el voltaje de entrada general. Además, permiten a los investigadores operar KUBeetle-S con una fuente de energía de bajo voltaje, usando una sola batería LiPo dentro del rango operativo del motor del robot.

KUBeetle-S volando al aire libre. Crédito: Hoang Vu Phan et al.

Los investigadores llevaron a cabo una serie de pruebas para evaluar el rendimiento y la resistencia de KUBeetle-S al emplear estas nuevas estrategias de diseño. Descubrieron que la operación de bajo voltaje evitaba que el motor de accionamiento se sobrecalentara, mejorando la resistencia del robot.

«Otra ventaja clave de nuestro robot es que es liviano», dijo a TechXplore Hoang Vu Phan, otro investigador involucrado en el estudio. «Gracias al mecanismo de control simple pero efectivo que informamos en nuestro trabajo anterior, podríamos usar pequeños servos para ahorrar peso. El KUBeetle-S de 15.8 g es el robot de dos alas más ligero hasta ahora que puede sostener un vuelo libre controlado con todos a bordo. componentes «.

La primera versión de KUBeetle-S, presentada en el artículo anterior de los investigadores, pesaba 16.4 gy funcionaba con una batería LiPo de 7.4 V de dos celdas. Al cambiar y agrandar las alas del robot, los investigadores pudieron reducir su peso a 15.8 g, mejorando su tiempo de vuelo total de tres minutos a casi nueve minutos.

KUBeetle-S: un robot inspirado en insectos que puede volar hasta 9 minutos
El robot KUBeetle-S. Crédito: Hoang Vu Phan et al.

«Nuestros resultados sugieren que encontrar un ala aerodinámicamente eficiente es crucial para extender la resistencia de un robot volador», dijo el profesor Park. «También descubrimos que el KUBeetle-S puede volar más tiempo cuando la carga de sus alas es cercana a la del escarabajo real, lo que indica que la carga de las alas es un parámetro importante, incluso cuando imitamos los volantes de la naturaleza».

Además de mejorar la resistencia del robot y aumentar su tiempo de vuelo, las nuevas estrategias introducidas por el Dr. Park, Phan y sus colegas le permiten moverse en cualquier dirección, volar al aire libre y transportar cargas adicionales. Estas cualidades hacen que el robot sea más adecuado para una serie de aplicaciones del mundo real, como mover objetos de un lugar a otro.

En el futuro, KUBeetle-S también podría usarse para estudiar insectos y comprender mejor los mecanismos detrás de sus movimientos, como los giros rápidos inclinados que a menudo se observan en las moscas. Debido a su pequeño tamaño, podría incluso desplegarse en hábitats naturales para recolectar imágenes de insectos y otros animales salvajes o utilizarse para realizar misiones militares secretas.

«En nuestros próximos estudios, nos enfocaremos en extender aún más el tiempo de vuelo del robot e instalar un sistema de visión a bordo para el vuelo de navegación», dijo Phan. «También planeamos ver si podemos mejorar la estabilidad durante la transición del vuelo, por ejemplo, llevarlo de un vuelo rápido hacia adelante para volar, y en presencia de perturbaciones del viento para una mejor agilidad de vuelo del robot. El objetivo final será el vuelo autónomo del KUBeetle-S «.


Más información:
Hoang Vu Phan y col. Hacia un vuelo de larga duración de un robot volador de alas batientes y sin alas, inspirado en insectos.

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