Best Drones: come gli insetti hanno insegnato agli scienziati svizzeri a costruire un drone migliore

Potresti essere perdonato nel pensare che il robot più resistente e resistente sarebbe una specie di scheletro in lega di metallo ultra-duro come Terminator, ma a volte è morbido e flessibile la strada da percorrere.

Questa settimana, gli ingegneri dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Svizzera hanno pubblicato i risultati dei loro sforzi per creare un drone quadcopter davvero pulito e flessibile sul giornale Scienza Robotica.

Come un numero crescente di microrobot attualmente in fase di sviluppo, questi droni prendono in prestito alcuni dei loro elementi di design dall'architettura leggera piegata di origami. Ma i ricercatori dicono Inverso, con una differenza fondamentale: il design, un nuovo composito abbastanza flessibile da assorbire i danni, ma abbastanza rigido da rimanere aerodinamico e ispirato alle proprietà dei materiali delle ali degli insetti.

"La maggior parte delle strutture origami è fatta di materiali rigidi laminati e giunzioni rigide (cioè giunti inestensibili in poliammide o nylon), il che porta a limitazioni", afferma Stefano Mintchev, ricercatore postdottorato presso l'Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL) in Svizzera. "Gli origami rigidi sono fragili, soggetti a strappi e facilmente falliscono in caso di sovraccarico durante le collisioni."

Zhi Ern Teoh, un ingegnere meccanico non addestrato ad Harvard che ha sviluppato dei microrobots di ispirazione origami, ha raccontato Inverso è rimasto impressionato dal lavoro del team di Losanna.

"Poiché il longherone principale è completamente rigido, quando colpisce un ostacolo, l'ala può rompersi", spiega Teoh. "Quello che hanno fatto per quanto riguarda la personalizzazione della" soglia di forza "- la soglia alla quale si verifica il passaggio da rigido a morbido - penso che sia la chiave per le strutture che devono sopportare gli impatti".

Al centro dell'innovazione del gruppo svizzero c'è uno strato elastico allungato, un po 'come un elastico che vuole disperatamente tornare in forma. Questo strato viene quindi circondato e aderito ad un esoscheletro segmentato più rigido. È simile a uno di quei burattini di legno che si piegano e si piegano quando si allenta la stringa al loro interno. All'impatto, il drone si piega in corrispondenza delle sue giunture segmentate, con lo stiramento dello strato elastico.Quindi, torna in forma pronto per continuare a volare.

Naturalmente, la costruzione non può essere troppo flessibile, e trovare quel delicato equilibrio è il punto d'incontro delle competenze di ingegneria dei materiali del team EPFL.

"Se la forza di soglia è troppo bassa," dice Teoh, "il quadricottero non sarà in grado di decollare, giusto? Perché nel momento in cui si accende la spinta completa, la spinta farà collassare la struttura."

Potresti immaginare un sacco di cose che accadono: le eliche potrebbero scontrarsi l'una con l'altra; potevano disegnare le ali in direzioni separate, in pratica disegnando e squartando il drone. Sarebbe, a essere sincero, un casino. Trovare la giusta resistenza alla trazione, vale a dire la soglia in cui sarebbe desiderabile la flessione, ha preso in esame aspetti simili nelle ali degli insetti, secondo Mintchev.

"La sfida di adattare strategicamente la rigidità e la morbidezza delle strutture pieghevoli è dominata dagli insetti", afferma Mintchev. "Le loro ali origami evolute sono composte da piastrelle rigide di cuticola collegate tramite teneri articolazioni resilin".

Mintchev e il gruppo vedono anche altre applicazioni per questo progetto, compresi meccanismi di presa più flessibili, di cui hanno già realizzato un prototipo.

Alcuni dei vantaggi di questo design includono un grip che avrebbe meno probabilità di rompere qualcosa di fragile che sta cercando di raccogliere, e una presa che non sarebbe in grado di sollevare qualcosa oltre la sua capacità (solo per rischiare di farla cadere, più avanti).

"L'attuale tendenza della robotica è quella di creare robot più morbidi", secondo Dario Floreano, direttore del Laboratorio di sistemi intelligenti dell'EPFL e altro coautore del nuovo documento, "che può adattarsi a una data funzione e operare in sicurezza insieme agli esseri umani “.

Essere gentile, a modo suo, è un segno di forza - qualcosa che i robusti robot Terminator dovrebbero prendere nota.