Cea mai mică dronă (MAV*) autonomă din lume

November 2016

Piccolissimo – un robot minuscul (* Micro Air Vehicle) realizat de UPenn (University of Pennsylvania)

De multe ori roboții sunt folosiți în locurile de muncă foarte periculoase pentru om, un exemplu fiind examinarea centralei nucleare Fukushima Daiichi, după ce combustibilul nuclear s-a supraîncălzit în reactor, topind stratul de ecranare protector, în urma accidentului provocat de un tsunami care a succedat cutremurului Tōhoku, din Oceanul Pacific. Roboții sunt adesea folosiți și la activități care necesită acțiuni repetive. În funcție de locul unde sunt utilizați, sau dacă îndeplinesc mai multe sarcini, unii roboți avansați pot ajunge la dimensiuni mari, chiar dacă au componente miniaturizate. „Tehnologia tinde spre mai mare și mai bun”, adunând într-un echipament tot mai multe funcții și caracteristici dar, uneori, „mai mare nu înseamnă mai bun”. Ceea ce trebuie înțeles este că roboți mai mici și mai simpli sunt acum dezvoltați pentru activități și aplicații speciale. Aceast lucru este valabil și pentru dronele aeriene, ajungându-se astfel de la UAV (Unamanned Aerial Vehicle) la sUAV (small UAV), respectiv la MAV (Micro Air Vehicle). Cercetatorii de la School of Engineering & Applied Science (SEAS) din cadrul UPenn (University of Pennsylvania), Philadelphia, au realizat cel mai mic UAV din lume care zboară auto-alimentat și controlat. A fost numit Piccolissimo (minuscul), după diminutivul cuvântului piccolo (mic) din italiană. O coincidență este că pe „creierul” acestei realizări îl cheamă Matthew (Matt) Piccoli, care lucrează în cadrul ModLab (Modular Robotics Laboratory, UPenn), al cărui coordonator este profesorul Mark Yim. La realizarea dronei minuscule și-au adus un aport și cercetători din GRASP Laboratory (general robotics, automation, sensing & perception laboratory), din cadrul SEAS. Echipa a construit robotul în două variante, cel mai mic are 2,5 grame și diametrul cât o monedă de 25 de cenți (aproximativ 20 mm), și „fratele mai mare”, versiunea dirijabilă, controlată (sau pilotată) de la distanță, care este mai greu cu 2 grame și mai mare cu 1 cm (0,39 inch). Creatorul dronei minuscule, Matt Piccoli, a declarat pentru site-ul de știri și informații din tehnologie Digital Trends (digitaltrends.com) că proiectul a pornit de la cercetări pentru cu totul alt scop. Ca dimensiuni, Piccolissimo este un pic mai mare, are de fapt câțiva milimetrii în plus, decât RoboBee, un robot minuscul cât o albină, dezvoltat de o echipă de la Harvard University. RoboBee, punctul culminant al unor cercetări de aproape 12 ani, este însă cuplat tot timpul la o sursă de alimentare externă (de la sol) având, în consecință, mișcări mai limitate. Piccolissimo are doar două părți în mișcare, o elice și corpul robotului în sine. Realizat din material plastic ușor, prin imprimare 3D, corpul se învârte în direcția opusă elicei, energia fiind dată de o baterie lithium-polymer (abreviat Li-poly sau LiPo). Drona poate fi dirijată deoarece propulsorul este montat ușor excentric pe caroseria aparatului, un truc încercat anterior și pe drone mai mari. Modificarea vitezei elicei în puncte precise duce la schimbarea direcției în timpul zborului. Controlul se realizează cu un semnal în infraroșu. Motorul care rotește corpul are 40 de rotații pe secundă, într-un singur sens, în timp ce propulsorul se învârte în sens invers cu până la 800 de rotații pe secundă. „Dacă vom crește viteza elicei de fiecare dată când corpul este spre ’ora 6’ și vom  încetini elicea de fiecare dată când corpul este spre ’ora 12’, corpul se va îndrepta spre ’ora 12’, datorită cuplului mediu”, a declarat Matt Piccoli pentru a demonstra modul de deplasare și schimbările de direcție ale dronei.

Controlul direcției pentru un cadru atât de mic a fost o mare provocare chiar și pentru ModLab, care are instalații și echipamente speciale. Una dintre specializările laboratorului este de a realiza pentru roboți cea mai mare gamă de mișcare cu cât mai puține motoare posibil. În privința design-ului, cercetătorul Mark Yim a spus pentru Digital Trends că o mare complexitate a avut-o proiectarea corpului dronei, realizat prin imprimare 3D. „Deoarece costul pieselor imprimate 3D are la bază volumul de material plastic și nu este dependent de complexitatea componentei, rezultă un aparat foarte ieftin”. În plus, este și foarte ușor de construit. Sistemele MAV au un potențial foarte mare pentru aplicații din agricultură sau situații de dezastre. Atunci când sunt echipate cu senzori inteligenți, micro-roboții autonomi care zboară ar putea fi folosiți pentru polenizarea plantelor sau pentru monitorizarea culturilor agricole, ca să determine gradul de umiditate, de exemplu. „Camerele pe care le poartă sunt mai simple și mai mici decât o cameră normală 2D și totuși se obține un câmp vizual bun, de 360 de grade”, a spus Matt Piccoli. În misiuni de căutare și salvare, acestea pot acoperi suprafețe mai mari, mai rapid și mai ieftin. „Cu 100 sau 1.000 de MAV controlabile se poate explora mai în amănunt o zonă de dezastru decât cu un singur UAV mare și scump”, a declarat Mark Yim, profesor de robotică la Penn Engineering (MEAM, Mechanical Engineering and Applied Mechanics Department) și directorul ModLab, referindu-se la operațiunile de cătare și salvare. ModLab face parte dintre cele trei componente principale, care se ocupă de robotică, ale PERCH (Penn Engineering Research & Colaboration Hub). Celelalte două sunt Kod*Lab, care dezvoltă roboți cu un coportament biologic (de la robotul șarpe, la cel umanoid, sau la un miriapod cu 17 picioare), și MRSL, care se orientează  spre roboți tereștri și aerieni autonomi inclusiv algoritmii pentru deplasarea acestora. PERCH reunește cercetători și inventatori, dar și antreprenori care se ocupă de comercializarea ultimelor descoperiri. Piccolissimo este un succes și este reprezentativ printre realizările acestui centru de studii și cercetări. Piccolissimo poate transporta o sarcină utilă de aproximativ un gram, suficient pentru o cameră mică sau alte tipuri de senzori. Matt Piccoli crede că modul unic de deplasare al robotului ar putea fi, deasemenea, un avantaj. „Ne-am propus să construim cel mai simplu vehicul zburător din lume”, a declarat acesta. „Unul dintre lucrurile importante pentru laboratorul nostru este construirea de vehicule foarte simple, low-cost. După ce am început să lucrăm la acest proiect ne-am dat seama că am putea construi ceva foarte simplu, dar l-am putea face foarte mic și la fel de bun”. Mergând mai departe, echipa vede o mulțime de aplicații posibile pentru Piccolissimo. „Din cauza dimensiunii, vom putea avea, într-adevăr, roiuri cu sute sau mii de astfel de drone”, a mai spus Piccoli. „Există o mulțime de posibilități diferite pe care le provoacă”.

Tags