ربات الهام گرفته از کبوتر با واکنش‌های پرنده مانند و پایداری بی‌سابقه به پرواز دست یافته است

پژوهشگران یک ربات الهام‌گرفته از کبوتر با واکنش‌های شبیه پرندگان طراحی کرده‌اند که به آن امکان می‌دهد در شرایط بادی پایداری خود را حفظ کند.

برای تنظیم حرکات، پژوهشگران PigeonBot II را توسعه دادند، یک ربات هوایی الهام‌گرفته از زیست با بال‌های قابل تغییر شکل و دمی که برای تقلید از حرکات پرنده‌ها طراحی شده‌اند، با استفاده از اسکلت بیومیمتیک و پرهای واقعی کبوتر.

این ربات می‌تواند دم خود را به طرفین خم کند، گسترش دهد، بلند کند یا حرکت دهد علاوه بر اینکه بال‌هایش را پهن کند.

آزمایش‌های تونل باد و فضای باز نشان داد که تنظیمات دم واکنشی و تغییر شکل بال‌ها بی‌ثباتی رول هلندی را کاهش داده و پرواز پایدار و خودمختار را در هنگام برخاستن، پرواز و فرود ممکن می‌سازد.

به گفته تیمی به رهبری اریک چانگ از دانشگاه استنفورد، این یافته ها نشان می دهد که چگونه پرنده‌ها، بر خلاف هواپیماها، می‌توانند بدون استفاده از سکان یا دم عمودی به طور پیوسته پرواز کنند.

پایداری الهام گرفته از پرنده

پرندگان، بر خلاف هواپیماها، با تغییر مداوم شکل بال و دم خود بدون استفاده از سکان پرواز میکنند. هواپیماها به سازه‌های ثابت مانند دم‌های افقی برای پایداری کنترل و دم‌های عمودی برای کنترل چرخش تکیه دارند.

گرچه هواپیماها می‌توانند از بال خمیده استفاده کنند یا طراحی‌های خاصی را برای مدیریت پایداری بدون دم عمودی استفاده کنند، پرنده‌ها به طور کارآمد‌تری در اشکال مختلف بال بدون تکیه به مکانیزم های مبتنی بر کشش پرواز می‌کنند. این انعطاف‌پذیری به پرندگان امکان می‌دهد در شرایط چالش برانگیز پایداری و کنترل خود را حفظ کنند.

برای مثال، کبوترها هنگامی که غلت، گردیده یا چرخیده می‌شوند، واکنش‌های ثابتی نشان می‌دهند. این واکنش‌ها زمانی که شرایط شبیه‌سازی شده پرواز، مانند باد در حال وزش بر روی پرهای آنها، معرفی می‌شود قوی‌تر می‌شود. این واکنش‌ها به پرندگان امکان می‌دهد پرواز را مانند هواپیماهای خودکنترل تثبیت کنند.

مطالعات آیرودینامیک و شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که تنظیمات بال و دم بر اساس واکنش‌های عصبی کلید حفظ پایداری پرواز کبوترها هستند. این درک می‌تواند طراحی‌های کارآمد‌تر و با نفوذ کمتر برای وسایل پروازی خودمختار را الهام بخشد.

"هواپیماهایی بدون دم‌های عمودی ناپایداری رول هلندی را تجربه می‌کنند – پدیده‌ای که هواپیماها را به طرفین تکان می‌دهد. مطالعات نشان داده‌اند که پرنده‌های گلایدر این ناپایداری را با تنظیمات متحرک بال و دم به صورت واکنشی – واکنشی که وقتی باد پرهای حسی مکانیکی سینه آن‌ها را تحریک می‌کند آغاز می‌شود، جلوگیری می‌کنند،" تیم در بیانیه‌ای اعلام کرد.

با این حال، پژوهشگران بر این نکته تاکید می‌کنند که اثبات این فرضیه در آزمایشات میدانی چالش‌برانگیز بوده است.

نوآوری بال خودمختار

تیم TailBot، یک پلتفرم رباتیک با بال‌های ثابت فومبرد، دمی قابل تنظیم با ۱۲ پر کبوتر واقعی و سیستم کنترل واکنشی انطباقی توسعه داد.

دم می توانست جمع شود، باز شود، کج و به طرفین حرکت کند. آزمایشات داخل نشان داد که TailBot می‌تواند دم خود را به صورت واکنشی تنظیم کند تا ناپایداری رول هلندی را جبران کند، اما پروازهای بیرون در برابر توربولانس با مشکلات مواجه و دستورالعمل‌های فرود با سقوط مواجه شد.

برای مقابله با این چالش‌ها، PigeonBot II را ساختند، یک نسخه پیشرفته‌تر مجهز به پروانه‌های نصب شده بر روی مچ، بال‌های تغییر شکل‌پذیر، نوک‌های بال شبیه کبوتر، و ۵۲ پر واقعی کبوتر.

آزمایشات تونل باد به PigeonBot II اجازه داد تا سیستم کنترل واکنشی خود را دقیق تنظیم کند و تنظیمات هماهنگ شکل بال و زاویه دم را انجام دهد. این بهبودها به PigeonBot II کمک کرد تا بر توربولانس و رول هلندی غلبه کند.

علاوه بر آن، پارامترهای واکنشی انطباقی از عملیات خودمختار بیرون از جمله برخاستن، پرواز و فرود حمایت می‌کردند. این رویکرد نوآورانه پتانسیل کنترل مبتنی بر واکنش برای توسعه ربات‌های پروازی الهام‌گرفته از زیست پایدارتر و کارآمدتر را نشان می‌دهد.

"این کار تایید می‌کند که چگونه پرنده‌ها می‌توانند با عملکردهای واکنشی پرواز بدون سکان را انجام دهند و می‌تواند هواپیماهای بدون سکان با سیگنال رادار کمتر و کارایی بیشتر را الهام بخشد،" پژوهشگران در بیانیه‌ای اعلام کردند.

جزئیات پژوهش تیم در مجله Science Robotics منتشر شد.