Investigadores de la Universidad Estatal de Washington han desarrollado una abeja robótica que puede volar completamente en todas las direcciones.

Con cuatro alas hechas de fibra de carbono y mylar, así como cuatro actuadores livianos para controlar cada ala, el prototipo Bee++ es el primero en volar de manera estable en todas las direcciones. Eso incluye el complicado movimiento de torsión conocido como guiñada, con Bee ++ logrando completamente los seis grados de movimiento libre que muestra un insecto volador típico.

Dirigidos por Néstor O. Pérez-Arancibia, profesor asociado de Flaherty en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU, los investigadores informan sobre su trabajo en la revista IEEE Transactions on Robotics. Pérez-Arancibia presentará los resultados en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización a finales de este mes.

Los investigadores han estado tratando de desarrollar insectos voladores artificiales durante más de 30 años, dijo Pérez-Arancibia. Algún día podrían usarse para muchas aplicaciones, incluida la polinización artificial, los esfuerzos de búsqueda y rescate en espacios reducidos. incluso en entornos hostiles.

Pero lograr que los diminutos robots despegaran y aterrizaran requería el desarrollo de controladores que actuaran como lo hace el cerebro de un insecto.

« Es una mezcla de diseño robótico y control », dijo. « El control es altamente matemático, y diseñas una especie de cerebro artificial. Algunas personas lo llaman la tecnología oculta, pero sin esos cerebros simples, nada funcionaría ».

Los investigadores desarrollaron inicialmente una abeja robótica de dos alas, pero su movimiento era limitado. En 2019, Pérez-Arancibia y dos de sus estudiantes de doctorado construyeron por primera vez un robot de cuatro alas lo suficientemente ligero como para despegar. Para realizar dos maniobras conocidas como cabeceo o balanceo, los investigadores hacen que las alas delanteras se agiten de manera diferente a las alas traseras para cabecear y que las alas derechas se agiten de manera diferente a las alas izquierdas para balancear, creando un par de torsión que gira el robot alrededor sus dos ejes horizontales principales.

Pero poder controlar el complejo movimiento de guiñada es tremendamente importante, dijo. Sin él, los robots giran fuera de control, incapaces de concentrarse en un punto. Luego chocan.

« Si no puedes controlar la guiñada, estás muy limitado », dijo. « Si eres una abeja, aquí está la flor, pero si no puedes controlar la guiñada, estás dando vueltas todo el tiempo mientras intentas llegar allí ».

Tener todos los grados de movimiento también es de vital importancia para las maniobras evasivas o el seguimiento de objetos.

« El sistema es muy inestable y el problema es muy difícil », dijo. « Durante muchos años, la gente tenía ideas teóricas sobre cómo controlar la guiñada, pero nadie podía lograrlo debido a las limitaciones de actuación ».

Para permitir que su robot gire de manera controlada, los investigadores siguieron el ejemplo de los insectos y movieron las alas para que aleteen en un plano en ángulo. También aumentaron la cantidad de veces por segundo que su robot puede batir sus alas, de 100 a 160 veces por segundo.

« Parte de la solución fue el diseño físico del robot, y también inventamos un nuevo diseño para el controlador : el cerebro que le dice al robot qué hacer », dijo.

Con un peso de 95 mg y una envergadura de 33 milímetros, Bee++ es aún más grande que las abejas reales, que pesan alrededor de 10 miligramos. A diferencia de los insectos reales, solo puede volar de forma autónoma durante unos cinco minutos a la vez, por lo que en su mayoría está atado a una fuente de alimentación a través de un cable. Los investigadores también están trabajando para desarrollar otros tipos de insectos robots, incluidos los rastreadores y los zancudos acuáticos.

Los exestudiantes de doctorado de Pérez-Arancibia en la Universidad del Sur de California, Ryan M. Bena, Xiufeng Yang y Ariel A. Calderón, fueron coautores del artículo. El trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y DARPA. La Fundación WSU y el Palouse Club a través del programa Cougar Cage de WSU también han brindado apoyo.