스파이 파리가 작동하는 방식

우리 나라는 낯선 영토에서 전쟁 중이며 전투가 시작됩니다. 적 지상군이 불과 3.2km 떨어진 우리 군대를 공격하기 위해 위치를 잡고 있습니다. 그러나 적은 머리 위를 날아다니는 소형 카메라를 장착한 로봇 곤충이 자신의 모든 움직임을 감시하고 있다는 사실을 알지 못합니다. 초소형 비행체 (MAV) 라고 하는 이 작은 로봇 전단 은 적군이 거의 눈치채지 못한 채 적의 영토를 윙윙거리며 날아갈 수 있습니다. 이 100원 크기의 비행 로봇을 두 번 쳐다보는 사람은 거의 없을 것입니다.

미국 국방부는 이 브스을 개발하기 위해 수백만 달러를 지출한다. 그들은 정찰 임무 중에 군인을 위험으로부터 보호하는 완벽한 방법입니다. 오늘날 전투 중 정찰을 수집하는 것은 일반적으로 소규모 팀의 군인이나 대형 항공기를 위험에 빠뜨리는 것을 포함합니다. 동시에 지상군은 위성 이미지에 즉시 액세스할 수 없습니다.

방위 사전 연구 계획국 (DARPA)의 길이, 폭, 높이 6 인치 (15cm)보다 크지 브스을 개발하기 위해 여러 연구 팀에 자금을 지원한다. 이 소형 항공기는 지금까지 개발된 그 어떤 무인항공기 (UAV) 보다 훨씬 작을 것 입니다. 이러한 MAV의 한 클래스는 파리, 꿀벌 및 잠자리를 포함한 특정 곤충의 비행 동작을 모방하도록 설계되고 있습니다. 이 기사에서는 이러한 버그와 유사한 MAV에 중점을 둘 것입니다. 파리가 어떻게 나는지, 움직임을 모방하기 위해 기계를 만드는 방법과 이 작은 공중 장치가 배치되는 위치를 배우게 됩니다.

 

 

내용물

1. 비행 배우기
2. 비행을 준비하는 로보버그
3. 미세 기계 비행 곤충
4. 플라이 온 월

파리는 고정익 항공기 연구에서 배울 수 없는 항공에 대해 우리에게 많은 것을 가르쳐줍니다. 몇 년 동안 곤충 비행의 역학에 대해서는 알려진 바가 거의 없었지만, 그들은 세계에서 가장 오래된 비행사 그룹이며 때로는 자연의 전투기 라고 불립니다 . 땅벌이 기존의 공기 역학에 따라 어떻게 날 수 없는지에 대해 들어본 적이 있을 것입니다. 곤충 비행의 원리는 고정익 비행기의 비행 원리와 많이 다르기 때문입니다.

버클리 캘리포니아 대학의 생물학자인 마이클 디킨슨(Michael Dickinson )은 "엔지니어들은 땅벌이 날 수 없다는 것을 증명할 수 있다고 말한다 . "고정익 항공기 이론을 곤충에 적용하면 곤충이 날 수 없다고 계산하게 됩니다. 다른 것을 사용해야 합니다."

Dickinson은 곤충 의 비행 원리를 사용하여 소형 비행 로봇을 개발하는 MFI(Micromechanical Flying Insect) 프로젝트의 일부입니다 . 이 프로젝트는 DARPA와 협력하고 있습니다. MFI 프로젝트는 DARPA의 크기 제한인 6인치(15cm)보다 훨씬 작은 너비가 약 10~25mm(0.39~0.98인치)이고 날개를 퍼덕이는 날개를 사용하는 로봇 곤충을 제안합니다. 이 프로젝트의 목표는의 비행을 재현하는 것입니다 검정 파리를 . 

How Airplanes Work 기사를 읽으면 비행기가 날개 아래쪽보다 날개 위쪽에서 더 빨리 이동하기 때문에 양력이 발생한다는 것을 알 수 있습니다. 이것을 정상 상태 공기 역학 이라고 합니다. 파리나 벌은 날개가 끊임없이 움직이기 때문에 같은 원리를 적용할 수 없습니다.

"자신의 안정, 흐름 (점도없이) 거의 점성 역학와 고정 날개 항공기는 달리, 곤충 작은으로 둘러싸인 소용돌이의 바다, 비행 소용돌이 와 그들의 날개를 이동할 때 생성되는 회오리 바람"며 Z. 제인 왕 , a는 코넬대학교 공과대학의 물리학자 . 와류는 날개에 의해 생성되는 공기의 소용돌이이며, 와류의 공기는 기류의 주 기류와 반대 방향으로 흐르고 있습니다.

곤충 날개에 의해 생성된 소용돌이는 곤충을 높이 띄우게 합니다. Dickinson의 그룹은 곤충이 양력을 얻고 공중에 떠 있는 방법을 설명하기 위해 다음 세 가지 원칙을 설명합니다.

"곤충 로봇을 만들어 이러한 메커니즘을 이용할 수 있다면 정말 좋을 것입니다. 하지만 지금은 알려진 원칙에 따라 이를 구축할 수 없습니다. 문제를 근본적으로 재고해야 합니다."라고 Dickinson이 말했습니다. 다음 섹션에서는 연구자들이 이러한 원칙을 어떻게 적용하고 로봇 비행 곤충을 만드는지에 대해 배울 것입니다.

곤충 비행의 원리에서 영감을 얻은 DARPA가 자금을 지원하는 MAV 프로젝트가 두 개 이상 있습니다. Michael Dickinson이 버클리에서 미세 기계 비행 곤충을 만드는 동안 Georgia Institute of Technology의 연구 엔지니어 인 Robert Michelson 은 Entoopter 에 대해 연구하고 있습니다. 두 프로젝트를 자세히 살펴보겠습니다.

곤충조종기

2000년 7월, 미국 특허청 은 다중 모드 전기 기계 곤충 이라고도 하는 Entoopter의 Michelson 발명에 대해 Georgia Tech Research Corporation에 특허 를 수여했습니다 . Entoopter는 미국 특허 번호 6,082,671 에 따라 가능한 실내 작동을 위해 설계되었습니다 . 날개를 퍼덕거리며 양력을 발생시켜 곤충의 싸움을 모방합니다. 또한 연구원들은 Entoopter가 복도와 환기 시스템을 탐색하고 문 아래로 기어가는 방법을 연구하고 있습니다.

Entoopter의 기본 부분을 살펴보겠습니다.

Entomopter는 화학 반응에 의해 구동됩니다. 단일 추진제가 몸에 주입되어 가스를 방출하는 화학 반응을 일으킵니다. 생성된 가스 압력은 동체의 피스톤을 밀어냅니다. 이 피스톤은 피봇식으로 연결된 날개에 연결되어 날개가 빠르게 펄럭이게 합니다. 일부 가스는 날개의 통풍구를 통해 배출되며 차량이 회전할 수 있도록 양쪽 날개의 리프트를 변경하는 데 사용할 수 있습니다. 현재 Entoopter의 날개 폭은 10인치(25cm)입니다. "다음 단계는 RCM 장치를 버그 크기로 줄이는 것입니다."라고 Michelson은 말했습니다.

집 플라이 크기의 차량에서 모든 부품은 여러 작업을 수행해야 합니다. 예를 들어, 차량 후면에 부착된 무선 안테나는 내비게이션을 위한 안정 장치 역할도 할 수 있습니다. 다리는 비행 중 차량의 무게와 균형을 조정하기 위해 연료를 저장할 수 있습니다.

미국 정부는 또한 일반적인 집파리 크기의 로봇 곤충을 개발하기 위해 버클리 프로젝트에 250만 달러를 투자했습니다. 이 미세 기계 비행 곤충 (MFI)을 공중에 띄우기 위한 첫 번째 주요 단계 는 연구원들에게 곤충 비행 메커니즘에 대한 중요한 통찰력을 제공한 Robofly 의 개발이었습니다 .

MFI를 구축하기 위해 연구자들은 파리가 어떻게 나는지 알아보기 위한 실험을 수행했습니다. 실험 중 하나는 초파리 의 날개를 본뜬 플렉시글라스로 제작된 Robofly 라고 하는 10인치(25cm) 로봇 날개 한 쌍을 만드는 것이었습니다. 날개를 광유 탱크에 담그면 1mm 길이의 더 작은 초파리 날개가 공중에서 빠르게 뛰는 것처럼 반응합니다. 6개의 모터( 각 날개에 3개)가 날개를 앞뒤로, 위아래로 회전 운동으로 움직였습니다. 날개의 힘을 측정하기 위해 센서가 부착되었습니다.

결국 Robofly는 너비 가 10~25밀리미터(0.4~1인치)이고 무게가 약 43밀리그램(0.002온스)인 스테인리스강 마이크로 로봇 파리 로 축소될 것 입니다. 날개는 얇은 Mylar 필름으로 만들어집니다. 태양광 발전은 날개를 펄럭이게 하는 압전 액추에이터를 가동할 것입니다. 로봇의 흉부는 압전 액추에이터 편향을 비행에 필요한 큰 날개 스트로크와 회전으로 변환합니다.

로봇은 아직 날지 못하지만 양력에 필요한 힘의 약 90%는 완전히 작동하는 두 개의 날개 구조로 실험적으로 달성된 것으로 보고되었습니다. 다음 단계는 원격 제어를 위한 비행 제어 장치와 통신 장치를 추가하는 것입니다. 연구원들은 광학 감지와 온보드 자이로스코프를 통해 제어된 호버링을 가능하게 하기 위해 노력하고 있다고 말합니다 .

미군이 MAV(Micro Air Vehicle) 프로젝트에 쏟아붓고 있는 돈의 양을 고려할 때, 이 로봇 버그의 첫 번째 사용은 스파이 파리처럼 될 것입니다. DARPA는 정찰 임무에 사용될 수 있고 지상의 군인들이 제어할 수 있는 스파이 파리를 구상하고 있습니다. 이 소형 비행체는 병력 이동의 이미지를 전달할 뿐만 아니라 생물학, 화학 또는 핵무기를 탐지하는 데에도 사용할 수 있습니다. 또한 로봇 곤충은 적 차량에 착륙하여 전자 태그를 부착하여 보다 쉽게 ​​표적을 지정할 수 있습니다.

MAV 개발에 관한 DARPA 의 1997년 보고서 에서 저자들은 MEMS(Microelectromechanical Systems)를 포함한 미세 기술의 발전 이 곧 스파이 파리를 실현 가능한 아이디어로 만들 것이라고 썼습니다 . 그는 CCD 어레이 카메라 , 초소형 적외선 센서, 칩 크기의 유해 물질 탐지기 와 같은 마이크로시스템 이 스파이 파리의 아키텍처에 통합될 수 있을 만큼 충분히 작아지고 있다고 지적했습니다 .

군대는 약 6.2마일(10km)의 범위를 갖고 낮이나 밤에 비행하고 약 1시간 동안 공중에 머무를 수 있는 MAV를 원합니다. DARPA 관계자는 MAV의 이상적인 속도는 22~45mph(35.4~72.4kph)라고 말합니다. 지향성 안테나를 사용하고 MAV와의 지속적인 접촉을 유지하는 지상국에서 제어됩니다.

로봇 파리는 새로운 세대의 행성간 탐험가로도 적합할 수 있습니다. 조지아 기술 연구소 (GTRI)는으로부터 자금을받은 고급 개념에 대한 NASA 연구소 비행으로 Entomopter를 사용하여 아이디어를 연구하기 위해 (NIAC) 화성 측량을. 2001년 3월, NASA는 미래의 화성 마이크로 미션을 예상하여 연구의 두 번째 단계에 자금을 지원했습니다.

Entomopters는 대형 측량사에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 그들은 착륙, 이륙, 호버링 및 비행 중에 더 어려운 기동을 수행할 수 있습니다. 기어다니고 날 수 있는 능력은 다른 행성을 탐험하는 데에도 유리합니다. 아마도 NASA는 다른 행성을 탐험하기 위해 수십 대의 감시 차량을 보낼 것입니다. Entomopter 개발자 Rob Michelson은 Entomopter의 화성 버전이 화성의 얇은 대기에서 날기 위해서는 날개 폭이 약 1미터까지 커야 한다고 말했습니다.

연구원들은 이 작은 비행 로봇이 지진 , 토네이도 또는 산사태 와 같은 자연 재해의 여파에도 유용할 것이라고 말합니다 . 작은 크기와 날고 호버링하는 능력은 잔해에 묻힌 사람들을 찾는 데 유용합니다. 그들은 인간과 더 큰 기계가 탐색할 수 없는 틈새 사이를 날 수 있습니다. 다른 용도로는 교통 모니터링, 국경 감시, 야생 동물 조사, 전력선 검사 및 부동산 항공 사진이 있습니다.

스파이 파리는 인간이 위험한 작업을 수행하는 데 기술이 어떻게 도움이 되는지 보여주는 또 다른 예입니다. 군사 정찰, 지진 피해자 수색 및 다른 세계로의 여행은 모두 위험한 활동입니다. 비행하는 마이크로 로봇을 통해 실제로 그곳에 있지 않고도 이러한 작업을 수행할 수 있습니다.

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