¿Qué puede volar como un pájaro y flotar como un insecto?
Sus amistosos colibríes del vecindario. Si los drones tuvieran este combo, podrían maniobrar mejor a través de edificios colapsados y otros espacios abarrotados para encontrar víctimas atrapadas.
Los investigadores de la Universidad de Purdue han diseñado robots voladores que se comportan como colibríes, entrenados por algoritmos de aprendizaje automático basados en varias técnicas que el ave usa naturalmente todos los días.
Esto significa que después de aprender de una simulación, el robot "sabe" cómo moverse solo como lo haría un colibrí, como discernir cuándo realizar una maniobra de escape.
La inteligencia artificial, combinada con alas flexibles de aleteo, también permite que el robot se enseñe nuevos trucos. Aunque el robot aún no puede ver, por ejemplo, siente al tocar superficies. Cada toque altera una corriente eléctrica, que los investigadoresse dieron cuenta de que podían rastrear.
"El robot esencialmente puede crear un mapa sin ver su entorno. Esto podría ser útil en una situación en la que el robot podría estar buscando víctimas en un lugar oscuro, y significa un sensor menos para agregar cuando le damos al robotla capacidad de ver ", dijo Xinyan Deng, profesor asociado de ingeniería mecánica en Purdue.
Los investigadores presentarán su trabajo el 20 de mayo en la Conferencia Internacional IEEE 2019 sobre Robótica y Automatización en Montreal. Un video de YouTube está disponible en http://youtu.be/jhl892dHqfA .
Los drones no se pueden hacer infinitamente más pequeños, debido a la forma en que funciona la aerodinámica convencional. No podrían generar suficiente elevación para soportar su peso.
Pero los colibríes no usan la aerodinámica convencional, y sus alas son resistentes. "La física es simplemente diferente; la aerodinámica es inherentemente inestable, con altos ángulos de ataque y gran elevación. Esto hace posible que los animales voladores más pequeños puedanexisten, y también es posible que reduzcamos la escala de los robots de aleteo ", dijo Deng.
Los investigadores han intentado durante años decodificar el vuelo del colibrí para que los robots puedan volar donde los aviones más grandes no pueden. En 2011, la compañía AeroVironment, encargada por DARPA, una agencia del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, construyó un colibrí robótico que fuemás pesado que uno real pero no tan rápido, con controles de vuelo tipo helicóptero y maniobrabilidad limitada. Se requiere que un humano esté detrás de un control remoto en todo momento.
El grupo de Deng y sus colaboradores estudiaron colibríes durante varios veranos en Montana. Documentaron maniobras clave de colibríes, como hacer un giro rápido de 180 grados, y los tradujeron a algoritmos informáticos de los que el robot podría aprender cuando se conectaba a una simulación.
Un estudio adicional sobre la física de los insectos y los colibríes permitió a los investigadores de Purdue construir robots más pequeños que los colibríes, e incluso tan pequeños como los insectos, sin comprometer la forma en que vuelan. Cuanto más pequeño es el tamaño, mayor es la frecuencia de aleteo del ala, ycuanto más eficientemente vuelan, dice Deng.
Los robots tienen cuerpos impresos en 3D, alas hechas de fibra de carbono y membranas cortadas con láser. Los investigadores han construido un robot colibrí que pesa 12 gramos, el peso del Colibrí Magnífico adulto promedio, y otro robot del tamaño de un insecto que pesa1 gramo. El robot colibrí puede levantar más de su propio peso, hasta 27 gramos.
Diseñar sus robots con mayor elevación les da a los investigadores más margen de maniobra para eventualmente agregar una batería y tecnología de detección, como una cámara o un GPS. Actualmente, el robot necesita estar conectado a una fuente de energía mientras vuela, pero eso ganóNo será por mucho más tiempo, dicen los investigadores.
Los robots pueden volar silenciosamente como lo hace un colibrí real, haciéndolos más ideales para operaciones encubiertas. Y se mantienen estables a través de la turbulencia, lo que los investigadores demostraron al probar las alas escaladas dinámicamente en un tanque de aceite.
El robot requiere solo dos motores y puede controlar cada ala independientemente de la otra, así es como los animales voladores realizan maniobras muy ágiles en la naturaleza.
"Un colibrí real tiene múltiples grupos de músculos para hacer movimientos de potencia y dirección, pero un robot debe ser lo más liviano posible, para que tenga el máximo rendimiento con un peso mínimo", dijo Deng.
Los colibríes robóticos no solo ayudarían con las misiones de búsqueda y rescate, sino que también permitirían a los biólogos estudiar de manera más confiable a los colibríes en su entorno natural a través de los sentidos de un robot realista.
"Aprendimos de la biología a construir el robot, y ahora los descubrimientos biológicos pueden suceder con la ayuda adicional de los robots", dijo Deng.
Las simulaciones de la tecnología están disponibles en código abierto en http://github.com/purdue-biorobotics/flappy .
Las primeras etapas del trabajo, incluidos los experimentos de colibríes de Montana en colaboración con el grupo de Bret Tobalske en la Universidad de Montana, fueron financiados por la Fundación Nacional de Ciencias.
Este trabajo se alinea con la celebración Giant Leaps de Purdue, reconociendo los avances globales de la universidad en inteligencia artificial, algoritmos y automatización como parte del 150 aniversario de Purdue. Este es uno de los cuatro temas del Festival de Ideas de la celebración de un año, diseñado para mostrar a Purdue como uncentro intelectual para resolver problemas del mundo real.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Kayla Wiles. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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