Nowy projekt robotycznych owadów z MIT obiecuje przyszłość zautomatyzowanego zapylania roślin

WarsawNaukowcy z MIT, pod kierownictwem Kevina Chena i współautorstwem Suhan Kima, Yi-Hsuana Hsiao, Zhijian Rena oraz innych, stworzyli pionierskie robotyczne owady, które mogą zrewolucjonizować mechaniczne zapylanie. Te niewielkie roboty, zainspirowane budową pszczół, są nie tylko bardziej zwrotne, ale również znacznie trwalsze i wydajniejsze niż ich poprzednicy.

Przeprojektowane robaki robotyczne potrafią:

• Unosić się w powietrzu przez ponad 1000 sekund, co przekłada się na ponad 17 minut, to znaczący postęp.
• Wykonywać akrobatyczne manewry, takie jak podwójne powietrzne obroty.
• Osiągnąć średnią prędkość lotu 35 centymetrów na sekundę.

Roboty, które ważą mniej niż spinacz do papieru, działają z większą zwinnością i precyzją. Jest to zasługa nowego projektu skrzydeł, który zmniejsza wpływ wiatru i zwiększa siłę nośną. Każde skrzydło teraz macha w kierunku przeciwnym do centrum robota, co dodatkowo stabilizuje lot.

Nowe przekładnie, które łączą sztuczne mięśnie z ruchami skrzydeł, odgrywają kluczową rolę w poprawie. Zmniejszają one obciążenie mechaniczne i zwiększają siłę, co zapobiega zginaniu, które często występuje przy częstotliwościach wymaganych do długotrwałego lotu.

Dodatkowo, naukowcy opracowali długie zawiasy skrzydeł, które redukują naprężenia skrętne, kluczowy czynnik wcześniejszych niepowodzeń. Dzięki temu innowacyjnemu rozwiązaniu robotyczny owad może wykonywać skomplikowane manewry bez utraty zdolności lotu.

Przyszłe plany dotyczące tych robotów obejmują wyposażenie ich w małe baterie i czujniki. Dzięki temu mogłyby one latać autonomicznie poza laboratorium. Zespół z nadzieją patrzy na te usprawnienia, które mogą prowadzić do ekscytujących zastosowań w rzeczywistych zadaniach zapylania, potencjalnie rewolucjonizując uprawę owoców i warzyw.

Badania te są finansowane przez Narodową Fundację Nauki Stanów Zjednoczonych, co podkreśla ich znaczenie dla przyszłości rolnictwa i zrobotyzowanego zapylania. Zespół nieustannie koncentruje się na wydłużeniu czasu lotu oraz poprawie precyzji, aby umożliwić robotom samodzielne działanie w różnych środowiskach.

Innowacyjne ulepszenia projektowe

Ostatnie postępy w projektowaniu robotycznych owadów obiecują przesunięcie granic ich możliwości. Skupienie się na innowacyjnych ulepszeniach w konstrukcji znacznie poprawiło ich funkcjonalność i potencjalne zastosowania. Teraz są bardziej zwinne, wytrzymałe i efektywne, co otwiera drogę do fascynujących przyszłych zastosowań.

Inżynierowie z MIT wprowadzili istotne zmiany w swoich wcześniejszych projektach, redukując liczbę skrzydeł i optymalizując położenie każdej jednostki machającej. To zmniejszyło interferencje między skrzydłami i zwiększyło generowanie siły nośnej. Dzięki tym poprawkom roboty są teraz zdolne do dłuższych i bardziej kontrolowanych lotów. Oto kluczowe ulepszenia:

• Jednoskrzydłowe jednostki: Stabilniejsze i zdolne do generowania większej siły nośnej.
• Zaawansowane transmisje: Lepsze połączenie skrzydeł z siłownikami.
• Mocniejsze zawiasy skrzydeł: Zmniejszone naprężenie mechaniczne i dłuższy czas lotu.

Ulepszenia sprawiły, że te robotyczne owady są teraz w stanie latać przez około 1 000 sekund, co stanowi rekord w tej dziedzinie. Potrafią wykonywać skomplikowane manewry, zbliżając się tym samym do prawdziwych owadów pod względem zwinności. W przeciwieństwie do wcześniejszych modeli, nowe roboty mogą przenosić dodatkowe wyposażenie, takie jak miniaturowe baterie czy sensory, co otwiera im drogę do praktycznych zastosowań poza laboratorium.

W miarę jak te projekty się rozwijają, możliwości ich zastosowania w prawdziwym świecie stają się coraz bardziej obiecujące. Umożliwienie robotom samodzielnego poruszania się w otoczeniu mogłoby zrewolucjonizować procesy zapylania w rolnictwie. Te robotyczne owady mogłyby zapylać uprawy w zamkniętych gospodarstwach, wspierać badania nad pszczołami i nawet znaleźć zastosowanie w akcjach ratunkowych, gdzie konieczna jest nawigacja w ciasnych przestrzeniach.

Choć istnieje różnica między mechanicznymi a naturalnymi zapylaczami, osiągnięcie precyzji charakterystycznej dla pszczół wciąż pozostaje odległym celem, to technologiczny postęp jest znaczący. Zwiększone możliwości sprawiają, że te robotyczne owady stają się interesującym rozwiązaniem na przyszłe wyzwania w zakresie zrównoważonego rolnictwa i zarządzania środowiskiem. Kolejne kroki to wyposażenie ich w zaawansowane systemy nawigacji i kontroli, aby w pełni wykorzystać ich potencjał.

Przyszły rozwój

Patrząc w przyszłość, postępy w projektowaniu robotów naśladujących owady mają ogromny potencjał do zastosowań w rolnictwie i innych dziedzinach. Naukowcy, tworząc bardziej zwinne i trwałe roboty, przewidują szeroki wachlarz możliwości, które mogą usprawnić zapylanie upraw i wiele więcej. Oto niektóre z możliwych zastosowań:

• Zwiększona wydajność upraw: Robotyczne zapylacze mogą poprawić precyzję i efektywność procesu zapylania, co może prowadzić do wyższych plonów w kontrolowanych środowiskach, takich jak farmy wewnętrzne.
• Korzyści dla środowiska: Dzięki zmniejszeniu zależności od tradycyjnych metod rolnictwa, robotyczne zapylacze mogą ograniczyć wpływ na środowisko związany z używaniem pestycydów i naruszeniem siedlisk.
• Dłuższy czas lotu: Dążąc do osiągnięcia czasu lotu przekraczającego 10,000 sekund, te roboty mogą działać przez dłuższy czas bez potrzeby częstego ładowania lub interwencji człowieka.
• Autonomiczna nawigacja: Wyposażenie w sensory i możliwości obliczeniowe może pozwolić tym robotom na samodzielne działanie na zewnątrz, dostosowując się do różnych roślin i terenów.

Nowe możliwości stanowią istotny krok naprzód w kierunku włączenia robotycznych owadów do codziennych praktyk rolniczych. Dzięki możliwości wyposażenia ich w czujniki i baterie, ich zastosowanie może wykraczać poza laboratoria, pozwalając na wykonywanie skomplikowanych zadań w rzeczywistych warunkach.

Tworzenie robotycznych owadów otwiera nowe możliwości w takich dziedzinach jak działania ratunkowe czy nadzór. Ich niewielkie rozmiary i zdolność do poruszania się w ciasnych przestrzeniach mogą być nieocenione. W rolnictwie, ich ciągły rozwój sugeruje, że mogą odegrać kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa żywnościowego wobec rosnącej populacji światowej.

Badania podkreślają również znaczenie rozwiązywania problemów i innowacji w obliczu wyzwań technicznych. Rozwiązując problemy takie jak interferencja skrzydeł i naprężenia mechaniczne, naukowcy tworzą podstawy dla bardziej efektywnych i niezawodnych konstrukcji.

Luka między robotycznymi a naturalnymi zapylaczami nadal istnieje, ale osiągnięte postępy wskazują na obiecującą przyszłość. Naukowcy muszą skupić się na precyzji lotu i dodaniu autonomicznych zdolności. Te wysiłki mogą zrewolucjonizować nasze podejście do zapylania oraz innych zadań, co prowadzi do przełomów w rolnictwie i technologii.