Princeton Üniversitesi ve Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nden bir grup mühendis, minyatür uçan robotların en büyük kısıtlaması olan enerji tüketimi sorununa doğadan gelen bir çözüm buldu. 7 Ocak’ta Royal Society Interface dergisinde yayımlanan araştırma, Amerikan çekirgelerinin uçuş mekaniğinin, robotların havada kalma süresini uzatmak için nasıl bir model oluşturabileceğini ortaya koyuyor.
Sürekli çırpmak yerine süzülmeyi öğrenmek
Mevcut böcek boyutundaki robotların çoğu, havada kalabilmek için arı veya sinekleri taklit ederek kanatlarını sürekli ve hızlı bir şekilde çırpmak zorunda. Bu yöntem, küçük ölçekli pilleri hızla tüketiyor ve robotların görev süresini ciddi şekilde kısıtlıyor. Çoğu zaman bu robotlar, enerji ihtiyacını karşılayabilmek için harici bir güç kaynağına kabloyla bağlı kalmak zorunda kalıyor.
Araştırma ekibi, bu sorunu aşmak için Amerikan çekirgelerinin (Schistocerca americana) hibrit uçuş stratejisine odaklandı. Bu canlılar, itki üretmek için kanatlarını çırpıyor, ancak enerji tasarrufu yapmak istediklerinde kanatlarını sabitleyip bir planör gibi süzülüyorlar. Bu geçiş yeteneği, minyatür robotlar için oyunun kurallarını değiştirebilir.
Otoparkta başlayan kovalamaca ve akordeon kanatlar
Projenin hikayesi oldukça ilginç bir gözlemle başlıyor. Araştırmacılar, sıcak bir otoparkta çekirgeleri kovalayarak onların nasıl havalandığını ve uçtuğunu inceledi. Ekibin özellikle ilgisini çeken nokta, çekirgelerin arka kanatlarındaki “akordeon” tarzı katlama mekanizması oldu.
Bu mekanizma, kanatların yerde hareket ederken kompakt bir şekilde toplanmasını, uçuş sırasında ise genişleyerek açılmasını sağlıyor. Çalışmanın baş araştırmacısı Doçent Aimy Wissa ve ekibi, bu karmaşık yapıyı analiz etmek için BT taramaları kullandı ve ardından bu tasarımları 3 boyutlu yazıcılarla üretilebilir modellere dönüştürdü.
Beklenmedik keşif Pürüzsüz kanatlar daha verimli
Princeton Robotik Laboratuvarı’nda ve su kanallarında yapılan testler, şaşırtıcı bir sonucu da beraberinde getirdi. Çekirgelerin doğal kanatlarında bulunan oluklu ve sırtlı yapı kaldırma kuvvetine katkı sağlasa da, mühendislerin ürettiği pürüzsüz yüzeyli kanatlar süzülme (planör) uçuşunda daha yüksek verimlilik gösterdi.
Wissa, doğadaki bu oluklu yapının aerodinamik verimlilikten ziyade, kanatların kolay katlanması veya dik uçuş açılarını yönetmek gibi başka evrimsel amaçlara hizmet edebileceğini belirtiyor.
Geleceğin çok yönlü robotları
Çalışmanın baş yazarı Paul Lee, geliştirdikleri akordeon tasarımının diğer böceklerden (yusufçuk veya kelebek gibi) üstün olduğunu vurguluyor. Yusufçuk kanatları her zaman açıkken, kelebek kanatları sadece yukarı katlanabiliyor; bu da robotik uygulamalar için sınırlayıcı olabiliyor.
Ekibin şimdiki hedefi, ağır motorlara ihtiyaç duymadan kanatların otomatik olarak açılıp kapanmasını sağlayacak bir sistem geliştirmek. Bu araştırma, sadece uçan robotlar için değil, hem zıplayıp hem de uçabilen “multimodal” (çok yönlü hareket edebilen) robotların geliştirilmesi için de yeni kapılar aralıyor.
