RoboBee es un pequeño robot capaz de volar parcialmente sin ataduras , desarrollado por un equipo de investigación en robótica de la Universidad de Harvard . Como culminación de doce años de investigación, RoboBee resolvió dos desafíos técnicos clave de la micro-robótica . Los ingenieros inventaron un proceso inspirado en libros emergentes que les permitió construir en una escala submilimétrica de manera precisa y eficiente. Para lograr el vuelo, crearon músculos artificiales capaces de batir las alas 120 veces por segundo.
El objetivo del proyecto RoboBee es crear un enjambre totalmente autónomo de robots voladores para aplicaciones como búsqueda y rescate , vigilancia y polinización artificial . [1] Para que esto sea factible, los investigadores deben descubrir cómo obtener las funciones de suministro de energía y toma de decisiones, que actualmente se suministran al robot a través de una pequeña correa que está integrada con el cuerpo principal.
La envergadura de 3 centímetros (1,2 pulgadas) de RoboBee lo convierte en el dispositivo más pequeño creado por el hombre inspirado en un insecto para lograr el vuelo.
Historia
Durante más de una década, los investigadores de la Universidad de Harvard han estado trabajando en el desarrollo de pequeños robots voladores. [2] La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos financió la investigación inicial con la esperanza de que condujera a soluciones de vigilancia sigilosas para el campo de batalla y situaciones urbanas. Inspirados en la biología de una mosca , los primeros esfuerzos se centraron en hacer que el robot volara. El vuelo se logró en 2007, pero el movimiento hacia adelante requirió una directriz ya que no era posible construir mecanismos de control a bordo. El investigador de robótica de UC Berkeley , Ron Fearing, calificó el logro como "un gran avance" para la robótica a microescala. [3]
El concepto de sistemas de vuelo a microescala no era nuevo. El " DelFly " (3,07 g) era capaz de volar hacia delante sin ataduras y autocontrolado , mientras que los dispositivos de investigación de insectos voladores micromecánicos (0,1 kg) tenían suficiente potencia para flotar, pero carecían de capacidad de vuelo autosostenida. [4]
Basado en la promesa de los primeros experimentos con moscas robóticas, el proyecto RoboBee se lanzó en 2009 para investigar qué se necesitaría para "crear una colonia de abejas robóticas". [5]
Lograr un vuelo controlado resultó extremadamente difícil, requiriendo los esfuerzos de un grupo diverso: expertos en visión, biólogos, científicos de materiales, ingenieros eléctricos. [2] Durante el verano de 2012, los investigadores resolvieron desafíos técnicos clave que permitieron que su creación robótica, apodada RoboBee, realizara su primer vuelo controlado. Los resultados de su investigación se publicaron en Science a principios de mayo de 2013. [6]
Desafíos de diseño
Según los investigadores de RoboBee, los esfuerzos previos para miniaturizar robots fueron de poca ayuda para ellos porque el pequeño tamaño de RoboBee cambia la naturaleza de las fuerzas en juego. [5] Los ingenieros tuvieron que descubrir cómo construir sin motores rotativos , engranajes y tuercas y tornillos , que no son viables en una escala tan pequeña. [5] [7] En 2011, desarrollaron una técnica en la que cortaban diseños de hojas planas, las colocaban en capas y doblaban la creación para darle forma. [2] Se utilizó pegamento para unir las partes dobladas, de forma análoga al origami . [7] La técnica reemplazó a las anteriores que eran más lentas y menos precisas y utilizaban materiales menos duraderos. [2] El proceso de fabricación, inspirado en libros emergentes , permite la rápida producción de prototipos de unidades RoboBee. [8] [1]
A microescala, una pequeña cantidad de turbulencia puede tener un impacto dramático en el vuelo. Para superarlo, los investigadores tuvieron que hacer que RoboBee reaccionara muy rápidamente. [2] Para las alas, construyeron " músculos artificiales " usando un actuador piezoeléctrico , una delgada tira de cerámica que se contrae cuando la corriente eléctrica pasa a través de ella. [7] Las bisagras de plástico delgadas sirven como juntas que permiten movimientos de rotación en las alas. [2] El diseño permite que los robots generen una potencia comparable a la de un insecto del mismo tamaño. [5] Cada ala se puede controlar por separado en tiempo real. [2]
El objetivo final del proyecto es hacer colonias de RoboBees totalmente autónomos e inalámbricos. [2] En 2013, dos problemas siguen sin resolverse. Primero, el robot es demasiado pequeño para incluso los microchips encapsulados más pequeños , lo que significa que no hay forma de que los robots tomen decisiones. [7] Actualmente, el RoboBee tiene sensores de visión a bordo , pero los datos requieren transmisión a un "subsistema cerebral" conectado para su interpretación. Continúa el trabajo en aceleradores de hardware especializados con el objetivo de resolver el problema. [5]
En segundo lugar, los investigadores no han descubierto cómo conseguir una fuente de alimentación viable a bordo. [7] "La cuestión del poder también resulta ser una especie de trampa 22 ", comentó Wood. "Una unidad de potencia grande almacena más energía, pero exige un sistema de propulsión más grande para manejar el aumento de peso, que a su vez requiere una fuente de energía aún mayor". [5] En cambio, los robots deben estar atados con pequeños cables que suministran energía y direcciones. [7] Un progreso reciente en la gestión de energía a bordo es la demostración de posado reversible y energéticamente eficiente en voladizos. Esto permite que el prototipo permanezca en un alto punto de vista mientras se conserva energía. [9]
Un uso futuro
Si los investigadores resuelven los problemas de microchip y energía, se cree que los grupos de RoboBees que utilizan inteligencia de enjambre serán muy útiles en los esfuerzos de búsqueda y rescate y como polinizadores artificiales. Para lograr el objetivo de la inteligencia de enjambre, el equipo de investigación ha desarrollado dos lenguajes de programación abstractos : Karma, que utiliza diagramas de flujo , y OptRAD, que utiliza algoritmos probabilísticos. [5] Las aplicaciones potenciales para grupos pequeños o individuales de RoboBees incluyen la vigilancia encubierta y la detección de sustancias químicas nocivas. [3]
Anteriormente, partidos como Electronic Frontier Foundation han expresado su preocupación por los impactos en la privacidad civil del uso militar y gubernamental de robots voladores en miniatura. [10] [11] En algunas áreas, como el estado de Texas y la ciudad de Charlottesville, Virginia , los reguladores han restringido su uso por parte del público en general. [12] [13]
Según los investigadores del proyecto, el proceso de fabricación "emergente" permitiría la producción en masa totalmente automatizada de RoboBees en el futuro. [8] El Instituto Wyss de Harvard está en proceso de comercializar las técnicas de plegado y pop-up inventadas para el proyecto. [2]
Especificaciones técnicas
La envergadura de RoboBee es de 3 centímetros (1,2 pulgadas), que se cree que es la envergadura más pequeña hecha por el hombre para lograr el vuelo. Las alas pueden batir 120 veces por segundo y controlarse de forma remota en tiempo real. Cada RoboBee pesa 80 miligramos (0,0028 oz). [7]
Preocupaciones por las abejas robóticas y la sostenibilidad
La idea de que la polinización robótica de cultivos puede contrarrestar la disminución de los polinizadores ha ganado una gran popularidad recientemente. [ cuando? ] Investigadores de los campos de la polinización de las abejas, la salud de las abejas, la conservación de las abejas y la agroecología han argumentado que RoboBee y otros polinizadores artificiales diseñados materialmente son una solución técnica y económicamente inviable en la actualidad y plantean riesgos ecológicos y morales sustanciales: (1) a pesar de los avances recientes , la polinización asistida por robot está lejos de poder reemplazar a las abejas para polinizar cultivos de manera eficiente; (2) es muy poco probable que el uso de robots sea económicamente viable; (3) habría costos ambientales inaceptablemente altos; (4) se dañarían ecosistemas más amplios; (5) erosionaría los valores de la biodiversidad; y (6) depender de la polinización robótica podría conducir a una mayor inseguridad alimentaria. [14]
Ver también
- Polinizadores artificiales de ingeniería material
Referencias
- ^ Sitio web del proyecto del Instituto Wyss, Harvard - https://wyss.harvard.edu/technology/autonomous-flying-microrobots-robobees/
- ^ a b c d e f g h i "RoboBees: Los insectos robóticos hacen el primer vuelo controlado (con video)" . Phys.org . 2 de mayo de 2013 . Consultado el 3 de mayo de 2013 .
- ^ a b Rachel Ross (19 de julio de 2007). "Insecto robótico despega" . Revisión de tecnología . Consultado el 3 de mayo de 2013 .
- ^ Rediseño del insecto volador micromecánico en un contexto de densidad de potencia . pag. 3.
- ^ a b c d e f g Wood, Robert; Nagpal, Radhika; Wei, Gu-Yeon (11 de marzo de 2013). "Vuelo de los robobees". Scientific American . 308 (3): 60–65. Código bibliográfico : 2013SciAm.308c..60W . doi : 10.1038 / scientificamerican0313-60 . PMID 23469434 .
- ^ Ma, Kevin Y .; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B .; Wood, Robert J. (mayo de 2013). "Vuelo controlado de un robot a escala de insectos inspirado biológicamente". Ciencia . 340 (6132): 603–607. Código Bibliográfico : 2013Sci ... 340..603M . doi : 10.1126 / science.1231806 . PMID 23641114 .
- ^ a b c d e f g Amina Khan (2 de mayo de 2013). "Conoce a RoboBee, un robot volador bioinspirado del tamaño de un insecto" . Los Angeles Times . Consultado el 2 de mayo de 2013 .
- ^ a b Davis, Shoshana (2 de mayo de 2013). " " RoboBees "toma el primer vuelo" . CBS News . Consultado el 3 de mayo de 2013 .
- ^ Graule, Moritz A .; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B .; Jafferis, Noah T .; Ma, Kevin Y .; Spenko, Matthew; Kornbluh, Roy; Wood, Robert J. (mayo de 2016). "Posado y despegue de un insecto robótico en voladizos mediante adhesión electrostática conmutable" . Ciencia . 352 (6288): 978–982. Código bibliográfico : 2016Sci ... 352..978G . doi : 10.1126 / science.aaf1092 . PMID 27199427 .
- ^ Reeve, Elspeth. "Robot Hummingbird Drone es el último juguete espía militar" . The Atlantic Wire . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ "La FAA publica una nueva lista de drones: ¿está tu ciudad en el mapa?" . Fundación Frontera Electrónica . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ "Texas declara la guerra a los robots" . Robots.net . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ "La ciudad de Virginia pasa una resolución anti-drones" . Los Angeles Times . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ Potts, SG; Neumann, P .; Vaissière, B .; Vereecken, Nueva Jersey (junio de 2018). "Abejas robóticas para la polinización de cultivos: por qué los drones no pueden reemplazar la biodiversidad" . Ciencia del Medio Ambiente Total . 642 : 665–667. Código bibliográfico : 2018ScTEn.642..665P . doi : 10.1016 / j.scitotenv.2018.06.114 . PMID 29909334 .(requiere suscripción)
enlaces externos
- Página de inicio del proyecto Robobees
- Artículo de Scientific American sobre RoboBee con videos
- Artículo de TIME
- Ma, Kevin Y .; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B .; Wood, Robert J. (mayo de 2013). "Vuelo controlado de un robot a escala de insectos inspirado biológicamente". Ciencia . 340 (6132): 603–607. Código Bibliográfico : 2013Sci ... 340..603M . doi : 10.1126 / science.1231806 . PMID 23641114 .- Artículo científico original .
- Graule, Moritz A .; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B .; Jafferis, Noah T .; Ma, Kevin Y .; Spenko, Matthew; Kornbluh, Roy; Wood, Robert J. (mayo de 2016). "Posado y despegue de un insecto robótico en voladizos mediante adhesión electrostática conmutable" . Ciencia . 352 (6288): 978–982. Código bibliográfico : 2016Sci ... 352..978G . doi : 10.1126 / science.aaf1092 . PMID 27199427 .- Documento científico sobre posarse