شرکت مهندسی آلمانی فستو (Festo) که سالهاست با پروژههای بیونیک خود از طبیعت برای توسعه رباتها الهام میگیرد، این بار زنبوری رباتیک به نام «بیونیکبی» (BionicBee) را معرفی کرده است. این ربات نهتنها کوچکترین ربات پرنده ساختهشده در شبکه یادگیری بیونیک فستو محسوب میشود، بلکه نخستین نمونه در این مجموعه است که میتواند بهصورت دستهجمعی و هماهنگ در کنار دیگر همنوعان خود پرواز کند.
بیونیکبی چیست و چه ویژگیهایی دارد؟
هر واحد از بیونیکبی با دقت بالایی شبیه به یک زنبور واقعی طراحی شده اما در مقیاسی بزرگتر. بر اساس اطلاعات منتشرشده، طول بدن هر زنبور حدود ۲۲ سانتیمتر، فاصله دو سر بالها ۲۴ سانتیمتر و وزن آن تنها ۳۴ گرم است. این وزن بسیار کم، نتیجه استفاده از مواد سبک و سازهای بهینهسازیشده است که امکان پرواز چابک و پایدار را فراهم میکند.
برخلاف پهپادهای چهارملخه متداول، بیونیکبی برای پرواز از دو بال متحرک استفاده میکند که با الگوبرداری از بال زنبور عسل طراحی شدهاند. بالها با فرکانس ۱۵ تا ۲۰ هرتز نوسان میکنند و حرکت آنها نیروی برآر لازم برای اوجگیری را تولید میکند.
سازوکار پرواز؛ از تغییر شکل بال تا کنترل دقیق جهت
راز مانورپذیری این زنبور رباتیک در نحوه کنترل بالهایش نهفته است. در هر بال، موتورهای سروو (Servo) بسیار ظریفی تعبیه شده که میتوانند هندسه و زاویه بال را در لحظه تغییر دهند. با تغییر انحنای بال و دامنه نوسان، ربات میتواند میزان نیروی برآر را کم یا زیاد کند و جهت حرکت خود را به چپ، راست، بالا یا پایین تغییر دهد.
این سازوکار به بیونیکبی اجازه میدهد مانند یک حشره واقعی، پروازی نرم، لرزان و در عین حال دقیق داشته باشد؛ پروازی که برای چشم انسان بسیار طبیعی به نظر میرسد اما در پشت آن محاسبات پیچیده آیرودینامیکی قرار دارد.
- فرکانس بالزدن: ۱۵ تا ۲۰ بار در ثانیه
- کنترل جهت با تغییر شکل فعال بال توسط سروو موتورها
- وزن فوق سبک ۳۴ گرمی برای افزایش بازده انرژی
- ابعاد فشرده مناسب برای پرواز در فضای بسته
پرواز گروهی بدون برخورد؛ نقش سامانه مکانیابی دقیق
مهمترین نوآوری بیونیکبی نسبت به نسلهای قبلی رباتهای پرنده فستو مانند BionicSwift یا BionicOpter، توانایی پرواز گروهی (Swarm Flight) است. در این حالت، تا دهها زنبور رباتیک میتوانند همزمان در یک فضا پرواز کنند، بدون آنکه با یکدیگر برخورد داشته باشند.
برای تحقق این قابلیت، هر ربات به سامانه مکانیابی مبتنی بر باند فوقپهن (UWB - Ultra Wide Band) مجهز است. هشت آنتن UWB در اطراف فضای پرواز نصب میشود و موقعیت سهبعدی هر زنبور را با دقت چند سانتیمتری و با تاخیر بسیار کم اندازهگیری میکند. اطلاعات موقعیتی به یک رایانه مرکزی ارسال میشود؛ این رایانه مانند یک برج مراقبت هوشمند، مسیر پرواز کل گروه را بهصورت لحظهای محاسبه و بهروزرسانی میکند و دستورات اصلاحی را برای هر ربات میفرستد تا فاصله ایمن حفظ شود.
به گفته فستو، الگوریتم کنترل گروه بهگونهای طراحی شده که حتی اگر مسیر پرواز چند ربات به هم نزدیک شود، سیستم بهصورت خودکار آنها را از یکدیگر دور میکند و الگویی روان و هماهنگ شبیه به رقص زنبورها در طبیعت ایجاد میکند.
طراحی مولد و تولید افزایشی برای بدنهای سبک و مقاوم
برای رسیدن به وزن ۳۴ گرمی، مهندسان فستو از دو فناوری کلیدی بهره بردهاند: طراحی مولد (Generative Design) و نمونهسازی افزایشی (Additive Manufacturing). در طراحی مولد، نرمافزار با در نظر گرفتن نیروها، محدودیتهای وزنی و آیرودینامیک، بهینهترین شکل ممکن برای اسکلت ربات را پیشنهاد میدهد؛ شکلی که با روشهای سنتی قابل تولید نیست اما با پرینت سهبعدی پیشرفته بهراحتی ساخته میشود.
این رویکرد باعث شده بدنه بیونیکبی در عین استحکام بالا، حداکثر سبکی را داشته باشد و فضای کافی برای قرارگیری موتورها، باتری، برد الکترونیکی و سامانه ارتباطی فراهم شود.
کالیبراسیون خودکار؛ تضمین هماهنگی دسته
یکی از چالشهای تولید انبوه رباتهای ظریف، تفاوتهای جزئی و ناخواسته در قطعات است که میتواند رفتار پروازی هر واحد را متفاوت کند. فستو برای حل این مشکل، فرآیند کالیبراسیون خودکار پس از مونتاژ را توسعه داده است. هر زنبور پس از ساخت، بهصورت خودکار آزمایش میشود و پارامترهای کنترلی آن متناسب با ویژگیهای خاص سختافزارش تنظیم میگردد. به این ترتیب، تمام اعضای گروه رفتار پروازی یکسان و قابل پیشبینی خواهند داشت و پرواز دستهجمعی بدون ناهماهنگی انجام میشود.
شبکه یادگیری بیونیک فستو؛ آزمایشگاهی برای آینده اتوماسیون
پروژه بیونیکبی بخشی از شبکه یادگیری بیونیک (Bionic Learning Network) فستو است؛ ابتکاری که از سال ۲۰۰۶ با هدف انتقال ایدهها از زیستشناسی به مهندسی اتوماسیون آغاز شده است. در این شبکه، پژوهشگران با مطالعه دقیق حرکات حیواناتی مانند کانگورو، هشتپا، مرغان دریایی و حالا زنبور، راهکارهایی برای توسعه سامانههای خودکار کارآمدتر، کممصرفتر و انعطافپذیرتر مییابند.
اگرچه بیونیکبی در حال حاضر یک پلتفرم تحقیقاتی و نمایشی است و برای کاربرد صنعتی مستقیم طراحی نشده، اما فناوریهای بهکاررفته در آن — از کنترل هوشمند گروه گرفته تا طراحی سبک و مکانیابی دقیق داخلی — میتواند در آینده در حوزههایی مانند لجستیک داخلی کارخانهها، بازرسی خودکار، گردهافشانی مصنوعی و حتی آموزش الگوریتمهای هوش جمعی به کار گرفته شود.
فستو تأکید کرده است که هدف اصلی این پروژه، نمایش قدرت ترکیب طبیعت، هوش مصنوعی و مهندسی دقیق برای حل مسائل پیچیده حرکت و همکاری در سامانههای خودکار است؛ ترکیبی که پرواز هماهنگ زنبورهای ۳۴ گرمی را به واقعیتی تماشایی تبدیل کرده است.
نظرات (0)