マイクロメカニカル飛行昆虫

マイクロメカニカル・フライング・インセクト（MFI）は、金属製の機体、2枚の翼、そして制御システムで構成される小型UAV（無人航空機）です。1998年に打ち上げられ、現在はカリフォルニア大学バークレー校で研究されています。[ 1 ] MFIは、サイズや機能が異なるUAVのグループに属しています。MFIは、特定の状況において実用的なアプローチであることが証明されています。米国海軍研究局と国防高等研究計画局がこのプロジェクトに資金を提供しています。国防総省は、このロボットを軍事作戦における秘密の「壁のハエ」として活用することを望んでいます。[ 2 ] [ 3 ]その他の用途としては、宇宙探査や捜索救助などが挙げられます。[ 4 ]

他の無人航空機との比較

無人航空機（UAV）には様々な種類があり、それぞれ異なる任務を遂行します。MFIはアメリカ軍にとって最も大きな潜在的有用性を持っています。現在、この分野では、戦場情報の収集やミサイルの囮任務など、様々な任務を遂行する様々なUAVが存在します。戦場情報の収集に関しては、軍が様々な任務を遂行するために多くのドローンを使用しています。[ 5 ]アメリカ軍は、事実上探知されずにより多くの任務を遂行できる、よりステルス性の高いUAVへのアップグレードを継続的に行っています。軍用グレードのUAVに必要な要件は以下のとおりです。

  • サイズ
  • 騒音レベル
  • 汎用性

これがMFIが軍事利用に最適な候補となる理由です。大型UAVの機能を、検知不能な小型デバイスに凝縮しています。サイズと騒音レベルを実質的に削減し、既存のUAVの能力をはるかに超える汎用性を実現します。これらの機能をMFIに実際に「詰め込む」には、柔軟なフレームと、それらを制御する自律コンピューターを備えた一対の翼を開発するという課題が伴います。

技術的な側面

構造と材料

MFIの初期プロトタイプは重量100ミリグラム、翼幅は2センチメートルでした。ステンレス鋼の梁とポリマー製のフレクチャーをジョイントとして構成されていました。そのため、重量と揚力の比が高く、飛行に問題が生じました。そこで、梁とジョイントはより軽量で性能の高い素材に変更されました。梁はステンレス鋼からハニカムカーボンファイバーに、ジョイントはシリコンに変更され、典型的なマイクロメカニクス構造を模倣しました。これらの原材料の製造コストは約10セントでした。[ 6 ]

機能とモビリティ

MFIの全体的な機能は、より小さなコンポーネントに分割されており、それらは互いに連携して安定した特定の飛行パターンを維持します。これらのコンポーネントは以下のとおりです。

  • 電源 - 外装のソーラーパネルで充電可能なバッテリーパック
  • 感覚システム - 2つの目と複数の温度、風、速度センサーからなるグループ
  • 機関車と制御 - それぞれのアクチュエータに接続された翼
  • コミュニケーション – アルゴリズムと感覚信号の内部ネットワーク

これらのユニットは連携して動作し、「前進飛行」などの特定のタスクを入力として受け取り、信号が両翼に送られ、タスクを実行するための調整された出力を生成します。これは動作フローのより詳細な図です。最初の視覚システムは、物体と自身との間の変位を計算することで、3次元空間における位置を分析します。次に、飛行する物体が選択され、「物体の発見」や「探索」などのタスクを実行します。他のUAVとは異なり、MFIは小型でリモコン操作が不可能なため、自律型コンピュータシステムを搭載する必要があります。そのため、自律的に飛行できる必要があります。動作が選択されると、信号は慣性システムに送信され、動作に応じた特定の機能が翼に分配されます。翼は多数のセンサーを用いて、動作を実行するために最も正確な翼推力を生成します。[ 7 ]

問題と合併症

このシステムには、MFIの開発中に発生した問題があり、更なる研究が必要とされています。第一の問題は、計算対象となる視覚データの初期入力です。「目」を通して得られるデータにはかなりのノイズが含まれており、それがシステムを介して翼に送られると不正確な出力が生成され、初期動作が正しく実行されません。[ 7 ]

もう一つの問題は、MFIの「ホバリング」方式である。MFIは基本的に、三次元空間で平衡状態を保ちながら、目標高度を維持するための翼推力を発生させる必要がある。このコンセプトの問題点は、ハエの飛行パターンに関する研究が不十分であり、さらにはそのようなパターンを実行するためのアルゴリズムも構築されていないことである。[ 7 ]

開発のタイムライン

  • 1998年 - カリフォルニア大学バークレー校で250万ドルの契約により研究が開始されました。
  • 2001年 - 試作機（単翼）が試験台で推力を発揮しました。
  • 2002年 - 折り畳み式ステンレス鋼からカーボンファイバーへの製造方法が変更されました。
  • 2003年 - 試験台で片翼から500マイクロニュートンの揚力を実証しました。
  • 2007 – MFIにおける275 Hzの翼面振動による高揚力。Steltz他 IROS 2007。
  • 2007 – 圧電アクチュエータの動力計による出力測定。Steltz & Fearing、IROS 2007。
  • 2007年から現在 - 重量の軽減、アクチュエータの電力密度の向上、機体の強度の向上、翼の制御の改善に重点が置かれました。[ 1 ]

参考文献

  1. ^ a b Fearing, Ronald S. 「MFIプロジェクト」。、カリフォルニア大学バークレー校。
  2. ^ブリッジズ、アンドリュー（2002年7月29日）「小型飛行ロボット：未来の諜報・探査の達人」AP通信。2002年10月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年2月16日閲覧。
  3. ^ 「あのハエはスパイかもしれない」ダラス・モーニング・ニュース、1999年9月14日。 2024年5月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年2月16日閲覧。
  4. ^ Knapp, Louise (2000年12月21日). 「Look, Up in the Sky: Robofly」 . Wired News . 2012年6月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年2月16日閲覧。
  5. ^ 「AeroVironment」 .
  6. ^ Wood, R. 「複合材料を使用したマイクロロボティクス: マイクロメカニカル飛行昆虫胸部」(PDF)。
  7. ^ a b cフィアリング、ロナルド。「マイクロメカニカル飛行昆虫の飛行制御システム：アーキテクチャと実装」（PDF）。
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