Drone semelhante a uma mariposa navega de forma autônoma sem IA

Pesquisadores da Universidade de Cincinnati estão desenvolvendo um drone com asas batendo que pode localizar e pairar em torno de uma luz em movimento como uma mariposa na chama.

O professor assistente da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas da UC, Sameh Eisa, e seus alunos de engenharia aeroespacial estão interessados ​​nesses drones incomuns por causa de seu voo altamente eficiente, que pode ser reduzido para uso em vigilância secreta.

As mariposas têm a incrível capacidade de pairar no lugar ou até mesmo voar para trás. Eles fazem ajustes finos automaticamente para compensar o vento ou obstáculos para permanecerem estacionários ou seguirem um objeto em movimento. Da mesma forma, o drone semelhante a uma mariposa de Eisa faz ajustes finos para manter a atitude desejada e a distância da luz, mesmo quando a luz se move, disse Eisa.

“A razão pela qual estamos interessados ​​é o tamanho. É um design mais otimizado. Esses pequenos robôs teriam que voar como uma mariposa”, disse ele.

Em seu Laboratório de Modelagem, Dinâmica e Controle, Eisa explora a engenharia inspirada em animais. Anteriormente, ele examinou drones que poderiam aproveitar o poder da subida dinâmica para cobrir vastas distâncias com mais eficiência, como um albatroz.

Para seu último projeto publicado na revista Revisão Física EEisa e o estudante de doutorado Ahmed Elgohary teorizaram que os insetos flutuantes são capazes de voar com tanta habilidade porque empregam o equivalente a sistemas de feedback de busca de extremos.

Esses sistemas permitem a navegação de drones em tempo real, sem cálculos complexos, equipamentos de posicionamento global ou inteligência artificial, simplesmente fazendo ajustes constantes nas entradas de controle, como o número de flaps por segundo.

Os drones Flapper controlam a rotação, inclinação e guinada batendo as asas de forma independente. Mas esse bater independente é rápido demais para ser observado a olho nu. Em vez disso, as asas parecem o borrão das asas de um beija-flor.

“Nossas simulações mostram que o controle de busca extrema pode reproduzir naturalmente o comportamento estável de pairar observado em insetos – sem IA ou modelos complexos”, disse Elgohary, principal autor do estudo.

“É um princípio de feedback simples, sem modelo e em tempo real, que poderia explicar como essas pequenas criaturas alcançam tal agilidade com capacidade cerebral muito limitada.”

O drone mede simultaneamente o desempenho de qualquer função que esteja programado para otimizar, como encontrar uma fonte de luz, para corrigir seu curso em um ciclo de feedback constante que permite um voo notavelmente consistente e estável.

Quão estável? O drone foi capaz de combinar o balanço sutil, mas único, de cada um dos insetos flutuantes que foi projetado para imitar: mariposas, abelhas, libélulas, hoverflies, guindastes, junto com beija-flores.

“As mariposas fazem com que tudo pareça fácil”, disse Eisa. “A razão pela qual usamos técnicas de busca extrema é porque elas parecem ser biologicamente plausíveis.”

Insetos flutuantes, como a mariposa beija-flor, amante do néctar, movem suas asas em um movimento único em forma de oito que lhes permite levantar-se tanto no movimento para baixo quanto para cima de suas asas. As asas flexíveis deformam-se durante cada batida para maximizar a sustentação e a manobrabilidade.

Elgohary e o estudante de pós-graduação da UC Rohan Palanikumar usaram um controle remoto para demonstrar como o drone melindroso voa no laboratório de vôo de Eisa, que é cercado por uma rede macia para proteger os drones e as pessoas de acidentes inadvertidos. O drone possui quatro “asas” feitas de arame e tecido.

Controlar manualmente o drone sensível é muito mais difícil e menos confiável do que usar seu próprio sistema de busca de extremos, disse Elgohary. Mas, uma vez ativado, o drone melindroso levantou-se no ar e pairou no lugar, embora um pouco instável. Essa oscilação é intencional e fornece as perturbações que o sistema precisa para avaliar as mudanças no desempenho, para que possa corrigir constantemente o curso para otimizar seu vôo.

Eisa disse que a pesquisa é interessante não apenas pelo que pode significar para novos veículos aéreos não tripulados autônomos, mas também pela forma como esses pequenos insetos gerenciam suas acrobacias milagrosas com cérebros do tamanho de um grão de pólen.

“Isso poderia mudar muitas coisas na biofísica. Se os insetos flutuantes, como as mariposas, usam o equivalente ao nosso feedback de busca extrema, provavelmente também evoluiu em outras criaturas”, disse ele.