Il RoboBee, il microrobot ispirato agli insetti sviluppato dai ricercatori dell'Università di Harvard, è diventato il veicolo più leggero mai realizzato per ottenere un volo sostenuto senza l'assistenza di un cavo di alimentazione. Dopo decenni di lavoro, i ricercatori hanno ottenuto il volo libero apportando diverse importanti modifiche al RoboBee, compresa l'aggiunta di un secondo paio di ali. quel cambiamento, insieme a modifiche meno visibili agli attuatori e al rapporto di trasmissione, ha dato al RoboBee abbastanza spinta da permettere ai ricercatori di collegare celle solari e un pannello elettronico.

Nell'Harvard Microrobotics Lab, in un tardo pomeriggio d'agosto, decenni di ricerca sono culminati in un momento di stress come il minuscolo, l'innovativo Robobee ha effettuato il suo primo volo in solitario.

La studentessa laureata Elizabeth Farrell Helbling, dottorato di ricerca '19, e il borsista post-dottorato Noah T. Jafferis della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), la Graduate School of Arts and Sciences e il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering hanno catturato il momento con la telecamera.

Helbling, che ha lavorato al progetto per sei anni, contato alla rovescia.

"Tre, Due, uno, andare."

Gli alogeni luminosi si accesero e il Robobee a energia solare si lanciò in aria. Per un terrificante secondo, il piccolo robot, ancora senza timoneria e controllo a bordo, sbandato verso le luci.

Fuori dalla fotocamera, esclamò Helbling e spense la corrente. Il Robobee cadde morto in aria, catturato dalla sua cintura di sicurezza in Kevlar.

"Mi è andato molto vicino, "Helbling ha detto, con una risata nervosa.

"È salito, "Jafferis, che ha anche lavorato al progetto per circa sei anni, ha risposto con entusiasmo dal monitor della telecamera ad alta velocità dove stava registrando il test.

E con ciò, Il Robobee dell'Università di Harvard ha raggiunto il suo ultimo importante traguardo:diventare il veicolo più leggero mai realizzato in grado di raggiungere un volo libero e prolungato.

"Questo è un risultato in preparazione da diversi decenni, " ha detto Robert Wood, Charles River Professor di Ingegneria e Scienze Applicate presso SEAS, Membro della facoltà principale del Wyss Institute e ricercatore principale del progetto Robobee. "Alimentare il volo è una specie di Catch-22 poiché il compromesso tra massa e potenza diventa estremamente problematico su piccole scale dove il volo è intrinsecamente inefficiente. Non aiuta che anche le batterie più piccole disponibili in commercio pesino molto più del robot. Abbiamo strategie sviluppate per affrontare questa sfida aumentando l'efficienza del veicolo, creando circuiti di potenza estremamente leggeri, e l'integrazione di celle solari ad alta efficienza."

La pietra miliare è descritta in Natura .

Per ottenere il volo libero, quest'ultima iterazione del Robobee ha subito diversi importanti cambiamenti, compresa l'aggiunta di un secondo paio di ali.

"Il passaggio da due a quattro ali, insieme a modifiche meno visibili all'attuatore e al rapporto di trasmissione, reso il veicolo più efficiente, gli ha dato più slancio, e ci ha permesso di mettere a bordo tutto ciò di cui abbiamo bisogno senza usare più energia, " disse Jafferis.

(L'aggiunta delle ali ha anche fatto guadagnare a questo Robobee il soprannome di X-Wing, dopo i caccia stellari a quattro ali di Star Wars.)

Quell'ascensore in più, senza requisiti di alimentazione aggiuntivi, ha permesso ai ricercatori di tagliare il cavo di alimentazione, che ha tenuto legato il Robobee per quasi un decennio, e di collegare celle solari e un pannello elettronico al veicolo.

Le celle solari, il più piccolo disponibile in commercio, pesano 10 milligrammi ciascuno e ottengono 0,76 milliwatt per milligrammo di potenza quando il sole è a piena intensità. Il Robobee X-Wing ha bisogno della potenza di circa tre soli terrestri per volare, rendendo il volo all'aperto fuori portata per ora. Anziché, i ricercatori simulano quel livello di luce solare in laboratorio con luci alogene.

Le celle solari sono collegate a un pannello elettronico sotto l'ape, che converte i segnali a bassa tensione dell'array solare in segnali di azionamento ad alta tensione necessari per controllare gli attuatori. Le celle solari si trovano a circa tre centimetri sopra le ali, per evitare interferenze.

In tutto, il veicolo finale, con le celle solari e l'elettronica, pesa 259 milligrammi (circa un quarto di una graffetta) e utilizza circa 120 milliwatt di potenza, che è meno potenza di quella necessaria per accendere una singola lampadina su una serie di luci natalizie a LED.

"Quando vedi l'ingegneria nei film, se qualcosa non funziona, le persone lo hackerano una o due volte e all'improvviso funziona. La vera scienza non è così, " ha detto Helbling. "Abbiamo hackerato questo problema in ogni modo per ottenere finalmente ciò che abbiamo fatto. Alla fine, è piuttosto emozionante."

I ricercatori continueranno ad hackerare, con l'obiettivo di ridurre la potenza e aggiungere il controllo a bordo per consentire al Robobee di volare all'esterno.

"Nel corso della vita di questo progetto abbiamo sviluppato in sequenza soluzioni a problemi impegnativi, come come costruire dispositivi complessi su scale millimetriche, come creare muscoli artificiali su scala millimetrica ad alte prestazioni, design bioispirati, e nuovi sensori, e strategie di controllo del volo, " ha detto Wood. "Ora che le soluzioni energetiche stanno emergendo, il passo successivo è il controllo a bordo. Al di là di questi robot, siamo entusiasti che queste tecnologie sottostanti stiano trovando applicazioni in altre aree come i dispositivi chirurgici minimamente invasivi, sensori indossabili, robot assistiti, e dispositivi di comunicazione tattile, solo per citarne alcuni."