En el Harvard Microrobotics Lab, en una tarde de agosto, décadas de investigación culminaron en un momento de estrés cuando el pequeño e innovador Robobee realizó su primer vuelo en solitario.
Estudiante de posgrado Elizabeth Farrell Helbling, PhD '19, y becaria postdoctoral Noah T. Jafferis de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard, la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias y el Instituto Wyss para Inspirados BiológicamenteIngeniería captó el momento en la cámara.
Helbling, que ha trabajado en el proyecto durante seis años, realizó una cuenta regresiva.
"Tres, dos, uno, vaya"
Los brillantes halógenos se encendieron y el Robobee con energía solar se lanzó al aire. Por un aterrador segundo, el pequeño robot, aún sin dirección y control a bordo, se dirigió hacia las luces.
Fuera de cámara, Helbling exclamó y cortó la corriente. El Robobee cayó muerto del aire, atrapado por su arnés de seguridad Kevlar.
"Eso estuvo muy cerca de mí", dijo Helbling, con una risa nerviosa.
"Subió", Jafferis, quien también trabajó en el proyecto durante aproximadamente seis años, respondió entusiasmado desde el monitor de la cámara de alta velocidad donde estaba grabando la prueba.
Y con eso, el Robobee de la Universidad de Harvard alcanzó su último hito importante: convertirse en el vehículo más liviano en lograr un vuelo sostenido sin ataduras.
"Este es un resultado de varias décadas de fabricación", dijo Robert Wood, profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Charles River en SEAS, miembro de la Facultad del Instituto Wyss e investigador principal del proyecto Robobee. "Potenciar el vuelo es algo así comoun Catch-22 ya que la compensación entre masa y potencia se vuelve extremadamente problemática a pequeñas escalas donde el vuelo es inherentemente ineficiente. No ayuda que incluso las baterías más pequeñas disponibles comercialmente pesen mucho más que el robot. Hemos desarrollado estrategias para abordar este desafíoaumentando la eficiencia del vehículo, creando circuitos de potencia extremadamente livianos e integrando células solares de alta eficiencia ".
El hito se describe en Naturaleza .
Para lograr un vuelo sin ataduras, esta última iteración del Robobee experimentó varios cambios importantes, incluida la adición de un segundo par de alas.
"El cambio de dos a cuatro alas, junto con cambios menos visibles en el actuador y la relación de transmisión, hizo que el vehículo fuera más eficiente, le dio más elevación y nos permitió poner a bordo todo lo que necesitamos sin usar más potencia,"dijo Jafferis.
La adición de las alas también le valió a este Robobee el apodo de X-Wing, después de los cazas estelares de cuatro alas de Star Wars.
Ese levantamiento adicional, sin requisitos de energía adicionales, permitió a los investigadores cortar el cable de alimentación, que ha mantenido el Robobee atado durante casi una década, y conectar células solares y un panel electrónico al vehículo.
Las células solares, las más pequeñas disponibles en el mercado, pesan 10 miligramos cada una y obtienen 0,76 milivatios por miligramo de potencia cuando el sol está a toda intensidad. El Robobee X-Wing necesita la potencia de unos tres soles terrestres para volar, haciendo un vuelo al aire librefuera de alcance por ahora. En cambio, los investigadores simulan ese nivel de luz solar en el laboratorio con luces halógenas.
Las células solares están conectadas a un panel electrónico debajo de la abeja, que convierte las señales de bajo voltaje del conjunto solar en señales de accionamiento de alto voltaje necesarias para controlar los actuadores. Las células solares se sientan a unos tres centímetros por encima de las alas, para evitar interferencias.
En total, el vehículo final, con las células solares y la electrónica, pesa 259 miligramos aproximadamente un cuarto de un clip de papel y usa aproximadamente 120 milivatios de potencia, que es menos potencia de la que se necesitaría para encender una sola bombilla.una cadena de luces LED de Navidad.
"Cuando ves ingeniería en películas, si algo no funciona, la gente lo piratea una o dos veces y de repente funciona. La ciencia real no es así", dijo Helbling. "Hemos pirateado este problema en todos los casosforma de lograr finalmente lo que hicimos. Al final, es bastante emocionante ".
Los investigadores continuarán hackeando, con el objetivo de reducir el poder y agregar control a bordo para permitir que el Robobee vuele afuera.
"A lo largo de la vida de este proyecto, hemos desarrollado secuencialmente soluciones a problemas desafiantes, como cómo construir dispositivos complejos a escala milimétrica, cómo crear músculos artificiales de escala milimétrica de alto rendimiento, diseños bioinspirados y sensores novedosos, y control de vueloestrategias ", dijo Wood." Ahora que están surgiendo soluciones de energía, el siguiente paso es el control a bordo. Más allá de estos robots, estamos entusiasmados de que estas tecnologías subyacentes estén encontrando aplicaciones en otras áreas, como dispositivos quirúrgicos mínimamente invasivos, sensores portátiles, asistenciarobots y dispositivos de comunicación háptica, por nombrar solo algunos "
Harvard ha desarrollado una cartera de propiedad intelectual IP relacionada con el proceso de fabricación de dispositivos a escala milimétrica. Esta IP, así como las tecnologías relacionadas, se puede aplicar a microrobotics, dispositivos médicos, electrónica de consumo y una amplia gama de complejossistemas electromecánicos. La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard está explorando oportunidades de impacto comercial en estos campos.
Esta investigación fue escrita por Michael Karpelson. Fue apoyada por la National Science Foundation y la Office of Naval Research.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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