Ülkemiz bilinmeyen bir bölgede savaşıyor ve başlayacak bir savaş var. Düşman kara birlikleri, sadece 2 mil (3,2 km) uzaklıkta bulunan ordumuza bir saldırı oluşturmak için kendilerini konumlandırıyorlar. Ancak düşman, her hareketinin minik kameralarla donatılmış robotik böcekler tarafından izlendiğini ve havai uçağın uçtuğunu bilmiyor. Bu küçük robotik el ilanları mikro hava araçları (MAV'ler), aşağıdaki düşman birlikleri tarafından neredeyse fark edilmeyen düşman topraklarında vızıldayabilecektir. Bu dime boyutlu uçan robotlarda birkaç kez daha gözüküyordu.
ABD Savunma Bakanlığı bu MAV'leri geliştirmek için milyonlarca dolar harcıyor. Keşif görevlerinde askerleri zarardan uzak tutmak için mükemmel bir yol. Bugün, savaş sırasında keşif toplanması, genellikle küçük takım askerlerini ya da büyük uçakları zarara sokmaktan ibarettir. Aynı zamanda, uydu görüntüleri bir yer askeri tarafından hemen erişilebilir değildir.
Savunma Öncesi Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), uzunlukları, genişliği ve yüksekliği 6 inç'ten (15 cm) daha fazla olmayan MAV'leri geliştirmek için çeşitli araştırma ekipleri finanse etmektedir. Bu küçük uçak, herhangi birinden daha küçük bir büyüklük sırası olacak. insansız hava aracı (İHA) bugüne kadar geliştirildi. Bu MAV'lerin bir sınıfı, sinekler, arılar ve yusufçuklar dahil olmak üzere bazı böceklerin uçan hareketlerini taklit etmek üzere tasarlanıyor. Bu yazıda, bu böcek benzeri MAV'lere odaklanacağız. Sineklerin nasıl uçtuğunu, makinelerin hareketlerini taklit etmek için nasıl üretilebileceğini ve bu küçük hava cihazlarının konuşlandırılacağını öğreneceksiniz.
Bir Berkeley araştırmacısının avucunun içinde oturan bir mikromekanik uçan böcek modeli
Uçaklar, sabit kanatlı uçaklardan öğrenilemeyen havacılık hakkında bize öğretecek çok şey var. Yıllar boyunca, böcek uçuşunun mekaniği hakkında pek az şey biliniyordu, ama yine de dünyanın en eski havacılar grubuydular. doğanın savaş uçağı. Bombus arıların geleneksel aerodinamiklere göre nasıl uçamadıklarını duymuş olabilirsiniz. Bunun nedeni, böcek uçuşunun arkasındaki prensiplerin sabit kanatlı uçak uçuşunun arkasından çok farklı olmasıdır.
"Mühendisler, bir yaban arısı'nın uçamadığını kanıtlayabilirler" dedi Michael DickinsonCalifornia Üniversitesi, Berkeley'de bir biyolog. "Ve eğer sabit kanatlı uçak teorisini böceklere uygularsanız, uçamayacaklarını hesaplarsınız. Farklı bir şey kullanmanız gerekir."
Dickinson, böceklerin uçuş prensiplerini kullanarak küçük uçan robotlar geliştiren Mikromekanik Uçan Böcek (MFI) Projesi'nin bir parçasıdır. Proje DARPA ile işbirliği içerisindedir. MFI Projesi, genişliği 10 ila 25 milimetre (0.39 ila 0.98 inç) olan, DARPA'nın 6 inç (15 cm) boyut sınırından çok daha küçük olan ve uçmak için çırpma kanatları kullanacak olan robotik bir böcek önermektedir. Projenin hedefi bir üflemenin uçuşunu yeniden yaratmak.
Uçaklar Nasıl Çalışır? Makalesini okursanız, uçakların kanattan aşağıya doğru kanatların altından daha hızlı hareket eden hava nedeniyle kaldırma sağladığını bilirsiniz. Buna denir kararlı hal aerodinamiği. Aynı prensip, sinek ya da arılara uygulanamaz çünkü kanatları sürekli hareket halindedir.
"Sabit kanatlı uçakların aksine, sabit, neredeyse görünmez (akışmaz) akış dinamikleriyle, böcekler ufaklarla çevrili bir vorteks denizinde uçarlar. girdaplar ve kanatlarını hareket ettirdiklerinde yaratılan kasırgalar "dedi Z. Jane Wang, Cornell Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nde bir fizikçi. Bir girdap, kanat tarafından yaratılan havanın girdabıdır ve girdaptaki hava, ana hava akımının ters yönünde akar.
Böcek kanatlarının yarattığı girdaplar böcekleri havada tutar. Dickinson'un grubu, böceklerin nasıl yükseldiğini ve havada kalmalarını açıklamak için bu üç ilkeyi özetlemektedir:
Dickinson, “Bu mekanizmalardan da faydalanabilirsek, bir böcek robotu kurarak bu gerçekten çok cömert olurdu. Fakat onları bilinen ilkelere dayanarak inşa edemezsiniz - problemi esasen yeniden düşünmeniz gerekir” dedi. Bir sonraki bölümde, araştırmacıların bu prensipleri nasıl aldıklarını ve bunları robotik uçan böceklerin yaratılmasında nasıl uyguladıklarını öğreneceksiniz.
Böcek uçuş prensiplerinden esinlenen en az iki DARPA tarafından finanse edilen MAV projesi vardır. Michael Dickinson, Berkeley'de mikromekanik uçan böcek yaratırken Robert MichelsonGeorgia Institute of Technology'de bir araştırma mühendisi, Entomopter. Her iki projeye daha yakından bakalım.
Temmuz 2000'de, Amerika Birleşik Devletleri Patent Ofisi, Micheltom Entomopter'in icadı da denilen, Georgia Tech Research Corporation'a bir patent verdi. çok modlu elektromekanik böcek. Entomopter, ABD Patenti No. 6,082,671'e göre olası iç mekan işlemleri için tasarlanmaktadır. Kaldırma sağlamak için kanatlarını çırparak bir böceğin savaşını taklit edecek. Buna ek olarak, araştırmacılar Entomopter'in koridorlarda ve havalandırma sistemlerinde gezinme ve kapılar altında sürünme yollarını araştırıyorlar.
Entomopter'in temel parçalarına bakalım:
Entomopter bir kimyasal reaksiyon ile desteklenmektedir. Vücuda bir monopropellant enjekte edilerek bir gaz açığa çıkaran kimyasal reaksiyona neden olur. Oluşan gaz basıncı, gövdede bir pistonu itiyor. Bu piston eksensel olarak bağlanmış kanatlara bağlanır ve bu da onların hızla kanatlanmasına neden olur. Gazın bir kısmı kanattaki havalandırma deliklerinden dışarı atılır ve her iki kanattaki asansörü değiştirmek için kullanılabilir, böylece araç dönebilir. Şu anda Entomopter, 10 inç (25 cm) bir kanat açıklığına sahiptir. Michelson, “Sonraki adım, RCM cihazını hata boyutuna indirmektir.
Bir araçta bir ev sinekinin büyüklüğü, her parçanın birden fazla görevi yerine getirmesi gerekir. Örneğin, aracın arkasına bağlanan bir radyo anteni de navigasyon için bir dengeleyici görevi yapabilir. Bacaklar, aracın ağırlığı ve uçuş sırasında dengenin ayarlanması için yakıt depolayabilir.
Bir sanatçının Berkeley'de geliştirilen tamamlanmış mikromekanik uçan böcek kavramı
ABD hükümeti, ortak bir evin büyüklüğüne robotik bir böcek geliştirmek için Berkeley projesine 2.5 milyon dolar yatırım yaptı. Bunu elde etmenin ilk büyük adımı mikromekanik uçan böcek Havadaki (MFI) gelişmedir Roboflyaraştırmacılara böcek uçuş mekanizmaları hakkında önemli bilgiler verdi.
MFI oluşturmak için, araştırmacılar sineklerin nasıl uçtuğunu öğrenmek için deneyler yaptılar. Deneylerden biri, bir çift 10 inçlik (25 cm) robot kanatlarını oluşturmayı içeriyordu. RoboflyPleksiglas yapılmış ve bir meyve sineği kanatlarından sonra modellenmiştir. Kanatlar bir mineral yağ tankına daldırıldı, bu da onları havada hızla dökülen daha küçük, 1 milimetre uzunluğunda meyve sinek kanatları gibi tepki vermeye zorladı. Altı motor - her kanatta üç - kanatları ileri-geri, yukarı ve aşağı ve döner bir harekete geçirdi. Kanatların kuvvetini ölçmek için sensörler bağlandı.
Sonunda, Robofly 10 ila 25 milimetre (0,4 ila 1 inç) genişliğinde ve yaklaşık 43 miligram (0.002 ons) ağırlığında olan bir paslanmaz çelik mikro robotik sinek için aşağı çekilecek. Kanatlar ince bir Mylar filminden yapılacaktır. Güneş enerjisi bir piezoelektrik kanatları kanala itecek olan aktüatör. Robot toraks, piezoelektrik aktüatör sapmalarını, uçuşa ulaşmak için gereken büyük kanat vuruşuna ve rotasyonuna dönüştürecektir.
Robot henüz uçmasa da, asansör için gereken kuvvetin yaklaşık% 90'ının tamamen işlevsel, iki kanatlı bir yapıyla deneysel olarak elde edildiği bildirilmiştir. Bir sonraki adım uzaktan kumanda için bir uçuş kontrol ünitesi ve iletişim ünitesi eklemek olacaktır. Araştırmacılar, optik algılama ve bir yerleşik jiroskop aracılığıyla kontrollü gezinmeyi sağlamak için çalıştıklarını söylüyorlar.
Bir Mars'ın Mars'ı keşfetmek için bir takım bir takım kavramı
ABD ordusunun MAV (mikro hava aracı) projelerine pompaladığı para miktarı düşünüldüğünde, bu robotik hataların ilk kullanımının casus sinekleri olması muhtemeldir. DARPA, keşif görevlerinde kullanılabilecek ve yerdeki askerler tarafından kontrol edilebilecek bir casus uçağı öngörüyor. Bu küçük uçan araç, yalnızca asker hareketlerinin görüntülerini değil, biyolojik, kimyasal veya nükleer silahları tespit etmek için de kullanılabilir. Buna ek olarak, robotik böcek bir düşman aracına inecek ve üzerine daha kolay hedeflenebilecek bir elektronik etiket yerleştirebilecekti.
DARPA'nın MAV'lerin gelişimi ile ilgili 1997 tarihli bir raporunda, yazarlar mikrotechnolojideki ilerlemelerin mikroelektromekanik Sistemler (MEMS), yakında casuslukları uygun bir fikir haline getirecektir.CCD dizisi kameraları, küçük kızılötesi sensörler ve çip boyutlu tehlikeli madde dedektörleri gibi mikro sistemlerin casus sineklerin mimarisine entegre edilebilecek kadar küçük olduğunu belirtti.
Ordu, yaklaşık 10 km'lik bir menzile sahip olan, gündüz veya gece uçabilen ve yaklaşık bir saat boyunca havada kalacağı bir MAV'ı tercih ediyor. DARPA yetkilileri, bir MAV için ideal hızın 22 ila 45 mil (35.4 ila 72.4 kph) olduğunu söylüyorlar. Yönlü antenler kullanacak ve MAV ile sürekli temasa geçecek bir yer istasyonundan kontrol edilecektir.
Robotik sinekler, yeni nesil gezegenler arası gezginler olarak da uygun olabilir. Gürcistan Teknik Araştırma Enstitüsü (GTRI), NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) tarafından Entomopter'i kullanarak uçan bir Mars sörveyörü olarak çalışmayı finanse etti. Mart 2001'de NASA, gelecekteki Mars mikromisyonlarının tahmin edilmesiyle çalışmanın ikinci aşamasını finanse etti.
Entomopters, daha büyük sörveyörlere göre çeşitli avantajlar sunar. Uçuş, kalkış, vurgun ve uçuşta daha zor manevralar gerçekleştirebileceklerdi. Tarama ve uçma yetenekleri, onlara diğer gezegenleri keşfetmede de bir avantaj sağlar. Büyük olasılıkla, NASA, diğer gezegenleri keşfetmek için onlarca gözetim aracı gönderecek. Entomopter geliştiricisi Rob Michelson, Entomopter'in Mars versiyonunun, Mars'ın ince atmosferinde uçmak için yaklaşık 1 metrelik kanatlara sahip olacak şekilde boyutlandırılması gerektiğini söyledi.
Araştırmacılar, bu küçük uçan robotların deprem, kasırga veya toprak kayması gibi doğal afetler sonrasında da değerli olacağını söylüyorlar. Küçük boyutları ve uçma yetenekleri, molozlara gömülen insanları aramak için onları yararlı kılar. İnsanların ve büyük makinelerin gezinemediği çatlaklar arasında uçabilirler. Diğer kullanımlar arasında trafik izleme, sınır gözetleme, yaban hayatı araştırmaları, enerji hattı denetimi ve gayrimenkul hava fotoğrafçılığı yer almaktadır.
Casus sinekleri, teknolojinin insanlara tehlikeli görevlerin yerine getirilmesinde nasıl yardımcı olduğuna dair bir başka örnektir ve insanlara zarar vermekten kaçınır. Askeri keşif, deprem kurbanlarını aramak ve diğer dünyalara seyahat etmek tüm tehlikeli aktivitelerdir - uçan mikro robotlar gerçekte orada olmaksızın bu görevleri yerine getirmemize izin verirdi.