מאת: דפנה חיים לנגפורד
בפיתוח ביומימטי, בדרך כלל אנחנו מעבירים ידע ומחקים מנגנונים, מודלים ותהליכים מהטבע לשימוש ביישומים הנדסיים ואחרים. לרוב מתייחס תהליך החיקוי לפונקציונאליות באותה זירת פעולה. בתעופה למשל, מנגנון השקטה של מטוסים הוא חיקוי המנגנון של התנשמת. רמת מורכבות גדולה יותר נדרשת כשאנו מחקים מנגנונים מזירת פעולה אחת, למשל מים, לזירת פעולה אחרת, למשל אויר. כמו בדוגמת חיקוי הבליטות על סנפיר הלויתן לשיפור יעילותן של טורבינות רוח. זו האחרונה נתפסת כאנלוגיה מורכבת יותר. גם בדוגמה המובאת כאן, קיים חיקוי של תנועה במים לתנועה אוירית – הפעם בהשראת המדוזה.
חוקרים מהמחלקה למתמטיקה שימושית באוניברסיטת ניו-יורק פיתחו שיטת תעופה חדשנית, שעשויה לסייע במזעור נוסף של רובוטים מעופפים לצרכי מחקר, ניהול תחבורה, איסוף מודיעין, ומבצעי חילוץ והצלה.
מאמצים רבים מושקעים ביצירת כלי תחבורה זעיר בניסיון לחקות חרקים מעופפים כמו הזבובים, השפירית ועוד. אחד האתגרים הוא אי היציבות של תנועת כנפי הזבוב למשל. על מנת להישאר באוויר, הזבוב מנטר את סביבתו ללא הרף. הוא חש בכל משב רוח קל, או בטורף מתקרב, ומגיב בשינוי תנועות התעופה שלו במהירות רבה מאוד. כדי לחקות את הבקרה המורכבת של הזבוב במערכת הנדסית מכאנית ולייצר רובוט זעיר, דרושה מערכת בקרה מורכבת, כבדה וגדולה באופן יחסי.
החוקרים במחקר זה, פיתחו מנגנון תעופה שאינו דורש מערכת בקרה או משוב לשמירה על יציבות, והוא דומה לתנועת שחיית המדוזה, תנועה שהחלה באוקינוס לפני למעלה מ 500 מיליון שנה. המדוזה, למרות העדר המוח, מתקדמת בסביבה המימית בתנועה יציבה יחסית ויעילה ללא מערכת בקרה מתוחכמת. בהשראת תנועת המדוזה, פיתחו החוקרים אב טיפוס המורכב מארבע זרועות סיבי פחמן.
בפיתוח ביומימטי, בדרך כלל אנחנו מעבירים ידע ומחקים מנגנונים, מודלים ותהליכים מהטבע לשימוש ביישומים הנדסיים ואחרים. לרוב מתייחס תהליך החיקוי לפונקציונאליות באותה זירת פעולה. בתעופה למשל, מנגנון השקטה של מטוסים הוא חיקוי המנגנון של התנשמת. רמת מורכבות גדולה יותר נדרשת כשאנו מחקים מנגנונים מזירת פעולה אחת, למשל מים, לזירת פעולה אחרת, למשל אויר. כמו בדוגמת חיקוי הבליטות על סנפיר הלויתן לשיפור יעילותן של טורבינות רוח. זו האחרונה נתפסת כאנלוגיה מורכבת יותר. גם בדוגמה המובאת כאן, קיים חיקוי של תנועה במים לתנועה אוירית – הפעם בהשראת המדוזה.
חוקרים מהמחלקה למתמטיקה שימושית באוניברסיטת ניו-יורק פיתחו שיטת תעופה חדשנית, שעשויה לסייע במזעור נוסף של רובוטים מעופפים לצרכי מחקר, ניהול תחבורה, איסוף מודיעין, ומבצעי חילוץ והצלה.
מאמצים רבים מושקעים ביצירת כלי תחבורה זעיר בניסיון לחקות חרקים מעופפים כמו הזבובים, השפירית ועוד. אחד האתגרים הוא אי היציבות של תנועת כנפי הזבוב למשל. על מנת להישאר באוויר, הזבוב מנטר את סביבתו ללא הרף. הוא חש בכל משב רוח קל, או בטורף מתקרב, ומגיב בשינוי תנועות התעופה שלו במהירות רבה מאוד. כדי לחקות את הבקרה המורכבת של הזבוב במערכת הנדסית מכאנית ולייצר רובוט זעיר, דרושה מערכת בקרה מורכבת, כבדה וגדולה באופן יחסי.
החוקרים במחקר זה, פיתחו מנגנון תעופה שאינו דורש מערכת בקרה או משוב לשמירה על יציבות, והוא דומה לתנועת שחיית המדוזה, תנועה שהחלה באוקינוס לפני למעלה מ 500 מיליון שנה. המדוזה, למרות העדר המוח, מתקדמת בסביבה המימית בתנועה יציבה יחסית ויעילה ללא מערכת בקרה מתוחכמת. בהשראת תנועת המדוזה, פיתחו החוקרים אב טיפוס המורכב מארבע זרועות סיבי פחמן.
האב-טיפוס שפותח שוקל רק שני גרם, ואורכו מגיע לכשמונה סנטימטר בלבד. ארבע
זרועות סיבי הפחמן המיצרים את ה"כנפיים" של הרובוט נעים בכעין פעימה
בדומה לפעימות זרועות המדוזה במים, והתנועה המתקבלת היא אנכית ויציבה. זרועות סיבי
הפחמן מסודרות כעלי כותרת של פרח. החוקרים מצאו כי המכשיר יכול להמריא ולעוף
בכיוון מסויים.
לצפייה בסרטון תעופת "המדוזה המעופפת" לחץ כאן
בנוסף לעובדה שהחוקרים הוכיחו שהמכשיר יציב בתעופתו, נמצא כי גודלו של
המכשיר תלוי בעיקר בגודל המנוע ובמשקלו. זה עדיין דגם בדרגת אב-טיפוס מוגבל, הוא עדיין
מחובר למקור כוח חיצוני, הוא חסר יכולת ניווט אוטומטית, ועדיין לא ניתן לשליטה
מרחוק. עם זאת, הוכחת עקרונות התנועה על דגם זה, מעודדת פיתוח של דגם מתקדם ומורכב
יותר על בסיס עקרונות אלה.
