Insecten werden “zachte robots” omdat ze kunstmatige apparaten op hun rug hebben
Indignatie redactie
3 min. lezen
Alsof echte robots niet angstaanjagend genoeg waren, meldden de in Singapore gevestigde onderzoekers hun recente succes bij het transformeren van kevers in ‘zachte robots’. Een artikel in Soft Robotics beschreef hun methode om kunstmatige feedbackapparaten op de rug van de insecten te planten, zodat ze direct konden aannemen controle over de vlucht van de dieren.
Het is de eerste studie die succesvol gebruik van feedbackcontroles rapporteert om de beweging van een vrij vliegend insect te sturen.
Iedereen die naar een vlinder heeft gekeken of door vliegen is lastiggevallen, weet uit de eerste hand dat vliegende insecten ongelooflijke luchtacrobatiek kunnen voortbrengen. Ze kunnen ringen rond bestaande quadcopter-drones vliegen zonder enige inspanning.
De meeste onderzoeksinspanningen ontwikkelen daarom robots die de lichamen en de natuurlijke beweging van levende dieren kunnen nabootsen. Een lopend DARPA-project, bijvoorbeeld, onderzoekt een vleermuisvormige vliegende drone die hetzelfde niveau van luchtige behendigheid bezit. (Gerelateerd: Onderzoekers ontwikkelen kleine robot die beweegt als rupsen en kwallen, kan worden gebruikt voor medische behandeling in het menselijk lichaam .)
Ingebouwde elektronische rugzakken regelen de vlucht van cyborgkevers
Tegen die trend in creëerde het onderzoeksteam van Nanyang Technological University (NTU) miniatuur elektronische rugzakken met traagheidsmeeteenheden. Ze hebben deze apparaten op de ruggen van levende exemplaren van reusachtige bloemkevers ( Mecynorrhina torquata ) ingebed .
De embedded proportional derivative (PD) -rugzakken veranderden de kevers in zachte robots – of cyborgs, vanuit een ander oogpunt. Inderdaad, studie auteur Hirotaka Sato had eerder gewerkt aan cyborg kevers voor search-and-rescue doeleinden.
Draadloze commando’s van de onderzoekers veroorzaakten elektrische stimulatie van de basale en derde axillaire (3Ax) vluchtspieren van de kevers. Deze 300 millisecondenlange pulsen energie zorgden ervoor dat de insecten tijdens de vrije vlucht naar links of rechts draaiden.
De rugzak verzamelde ook gegevens over de versnelling van de kever. Deze resultaten zijn geverifieerd door een andere set berekeningen die het vliegroute van de kever hebben gebruikt.
Verder voerden de NTU-onderzoekers een habituatie-test uit op de linker 3Ax-spier en de rechter basalaire spier. Tegelijk met de gewenningstest, testten ze ook de robuustheid van het systeem gedurende vier opeenvolgende dagen. Insecten werden 20 keer op de eerste dag en acht keer per dag in de volgende dagen gestimuleerd – in totaal 44 stimulaties.
Zachte robotkevers proberen zich te verzetten tegen menselijke pogingen om hun bewegingen te beheersen
In hun onderzoek rapporteerden ze dat elektrische stimulaties de kevers ertoe konden brengen om tijdens de vlucht links of rechts te draaien. Hun controle was aanvankelijk echter slecht en werd na verloop van tijd erger. Soms draaiden de kevers zelfs in de tegenovergestelde richting.
De onderzoekers geloofden dat dit voortkwam uit het feit dat de insecten tijdens de vlucht meerdere spieren gebruikten, waarvan er veel niet door de rugzak werden gestimuleerd. Kevers kunnen kunstmatig opgewekte wendingen compenseren door hun andere spieren te gebruiken om in de tegenovergestelde richting te bewegen.
De gestimuleerde spieren vertoonden echter slechts de lichtste gewenning aan de constante elektrische stimulatie. Dit leidde de onderzoekers tot de hypothese dat het verminderen van de lengte van elke elektrische stimulatie hun controle over het lichaam van de insecten zou vergroten.
De resultaten van deze test leidden tot de ontwikkeling van een geoptimaliseerde PD-feedbackcontroller. De NTU-onderzoekers stellen dat de stimuleringsperiode korter en frequenter is. Ze regelden ook korte rustperiodes tussen elke stimulatie door verschillende tijdsperioden te testen.
Bovendien stimuleerden ze zowel de 3Ax-spier als de basalaire spier aan de andere kant om de draaikracht te vergroten. Beide samenwerkende spieren gaven veel meer kracht dan slechts één spier.
Hun verbeterde PD-controller werkte zoals ontworpen. Zij rapporteerden dat de stimulatie van 150 milliseconden lang, gescheiden door perioden van 200 milliseconden, de beste resultaten behaalde bij het bestrijden van de insecten.
Lees meer over zachte robots op Robotics.news .
Bronnen omvatten:
