25 jul. 2007
4 minuten
Op de Harvard University heeft een ‘levensgrote’ robotvlieg het luchtruim gekozen. Hij weegt slechts 60 milligram en heeft een vleugelwijdte van 3 cm. De bewegingen zijn afgeleid van die van een echte vlieg. Er moet nog veel werk worden verricht aan het mechanische insect, maar de onderzoekers zeggen dat dergelijke kleine vliegmachines in de toekomst […]
Op de Harvard University heeft een ‘levensgrote’ robotvlieg het luchtruim gekozen. Hij weegt slechts 60 milligram en heeft een vleugelwijdte van 3 cm. De bewegingen zijn afgeleid van die van een echte vlieg. Er moet nog veel werk worden verricht aan het mechanische insect, maar de onderzoekers zeggen dat dergelijke kleine vliegmachines in de toekomst kunnen worden gebruikt als spion, of voor het detecteren van schadelijke gassen.
"De natuur maakt de beste vliegers", zegt Robert Wood, leider van het robotvliegproject op Harvard en hoogleraar aan de School of Engineering and Applied Sciences van de universiteit. Wood’s onderzoek wordt gefinancierd door het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency, in de hoop dat het zal leiden tot ‘onzichtbare’ surveillancerobots voor het slagveld en in stedelijke gebieden. Kleine afmetingen en het ‘vliegachtige vlieggedrag’ zijn kritisch voor dergelijke missies. "Je merkt het waarschijnlijk niet als er een vlieg in de kamer zit, maar bij een havik ligt dat anders", zegt Wood.
Eigen productieproces
Het was moeilijk om in zo’n kleine robot de efficiënte bewegingen van een vlieg te imiteren, want er is geen productieproces beschikbaar voor de benodigde stevige, lichtgewicht onderdelen. De motoren, lagers en koppelingen die in grote robots worden gebruikt zijn niet geschikt voor en toestel ter groote van een vlieg. Woods: "Met het gewoonweg verkleinen van alle macroschaal technieken komen we bij lange na niet tot de gewenste prestaties". Bepaalde extreem kleine onderdelen kunnen worden gemaakt met behulp van de processen voor het produceren van micromechanische systemen. Maar die processen kosten veel tijd en geld. Wood (foto) en zijn collega’s hadden behoefte aan een goedkoop, snel productieproces, zodat ze hun ontwerp in verschillende iteratiestappen konden bouwen.
Uiteindelijk ontwikkelde het team zijn eigen productieproces. Met laser-micromachining sneden de onderzoekers van dunne vellen koolstofvezel tweedimensionale patronen, tot op enkele micrometer nauwkeurig. Met hetzelfde proces werden vellen polymeer gesneden. Door de koolstof- en polymeervormen nauwkeurig te configureren, konden werkende onderdelen worden gebouwd. Om een flexibele verbinding te construeren plaatsten de onderzoekers bijvoorbeeld twee kleine stukjes koolstofcomposiet naast elkaar, met een opening ertussen. Daaraan voegden ze een vel polymeer toe, loodkrecht op de twee koolstofdelen, als een tafelblad op twee korte poten. Aan beide einden van het polymeer werden weer twee koolstofdelen geplaatst. Nadat allesaan elkaar is gehecht ontstaat een onderdeel dat lijkt op de letter H; het midden is flexibel en de zijden stijf.
Door het in elkaar passen van vele koolstof-polymeer onderdelen konden behoorlijke complexe componenten worden gecreëerd, die kunnen buigen en roteren, precies als gewenst. Om onderdelen te maken die responderen op elektrische signalen, zijn elektroactieve polymeren gebruikt, die van vorm veranderen bij het aanleggen van een spanning.
Complex
Na meer dan zeven jaar studie naar de dynamiek van het vliegen en het verbeteren van de diverse onderdelen, had Wood’s zijn vlieg dit voorjaar vliegklaar. "Toen hij werkelijk vloog sprong ik letterlijk op en neer door het lab", zegt hij.
Ook andere onderzoekers hebben robots gebouwd die lijken op insecten, maar dit is de eerste tweevleugelige robot dioe op zo’n kleine schaal is gebouwd en die kan vliegen met dezelfde bewegingen als een echte vlieg. De dynamiek van zulk vlieggedrag is zeer complex en wordt al jaren bestudeerd door onderzoekers als Ron Fearing, Wood’s voormalige mentor op de University of California in Berkeley. Fearing, die ook robotinsecten bouwt, is behoorlijk onder de indruk van het werk van Wood: "Dat is echt een belangrijke doorbraak". Maar hij wijst er ook op dat dit nog maar de eerste stap is en dat er nog veel werk moet worden verricht voordat er een echte ‘praktische vlieg’ kan worden gemaakt. Momenteel is de bewegingsvrijheid van de vlieg beperkt door een draad, waarlangs hij alleen recht omhoog kan vliegen. De onderzoekers werken nu aan een besturing die bewegingen in verschillende richtingen mogelijk moet maken.
Ook wordt gewerkt aan een zelfstandige voedingsbron. Volgens Wood zou een verkleinde lithium-polymeer batterij slechts goed zijn voor vijf minuten vliegtijd. Verder moeten minuscule lichtgewicht ensoren worden geïntegreerd. Er zouden bijvoornbeeld chemische sensoren kunnen worden gebruikt om giftige stoffen in gevaarlijke omgevingen te detecteren. Wood en zijn collega’s zullen ook softwareroutines ontwikkelen waarmee de vlieg obstakels uit de weg kan gaan.
VIDEO: Zie de vlieg opstijgen