מה קורה כשטיסן נופל על הגב? רובוט שנופל יכול להתיישר על ידי שימוש בזרועות ומנגנונים שונים, אבל טיסן שנפל על גבו - עד היום לא הייתה לו דרך לחזור לגלגלים ולהמריא מחדש. קבוצת חוקרים משוויץ קיבלה השראה מחרקים והציעה לחקות את כנפי החפייה של חיפושיות כדי לפתור את הבעיה.

כיום רובוטים נעזרים בשיטות מגוונות כדי ליישר את עצמם במקרה שנפלו. למשל, רובוט בעל זרועות יכול להיעזר בהן כדי ליישר את עצמו. לפעמים מרכיבים על רובוטים מערכות ייעודיות שמטרתן להפוך את הרובוט וליישר אותו אם נפל. אבל המערכות האלה פחות שימושיות כשהרובוט שלנו הוא טיסן: מערכות כגון אלה מוסיפות משקל לטיסן ובכך מקצרות את משך הפעולה שלו ואת טווח הטיסה שלו.

חוקרים משוויץ פתרו את הבעיה הזו על ידי חיקוי של תכונה מהטבע (Biomimicry). לחיפושיות יש שני זוגות כנפיים: זוג כנפיים פנימיות קרומיות ועדינות שמנפנפות ומייצרות דחף, וזוג כנפיים חיצוניות קשיחות, הנקראות כנפי חפייה (elytra), שגם מייצרות עילוי וגם מגינות על הכנפיים הפנימיות כאשר אלה מקופלות (ראו איור 1), [2,1].

איור 1: חיפושית (גחלילית, זכר) עם כנפי חפייה נוקשות מקדימה, ומאחוריהן כנפי התעופה הקרומיות הדקות. צילם אורן אוסטר.

מעבר לתפקידן בתעופה ולתפקידן בהגנה על הכנפיים הפנימיות ועל הגב של החיפושית, יש לכנפי החפייה הקשיחות שימוש נוסף: החיפושיות משתמשות בהן כדי להתהפך כאשר הן נופלות על הגב. החוקרים השוויצרים התבוננו בחיפושיות והחליטו לנסות ליישם פתרון דומה בטיסנים [2].

החוקרים יצרו כנפיים עליונות מעוגלות שמזכירות בצורתן את כנפי החפייה של החיפושית. כאשר הטיסן נופל על הגב, כנפי החפייה הביוניות זזות אחורה ולמעלה וכך דוחפות את הטיסן חזרה למצב שבו הוא ניצב על הגלגלים שלו (ראו איור 2). הצורה העגולה של הכנפיים מאפשרת לטיסן להתיישר גם כשהוא נופל על קרקע שאיננה אופקית לגמרי אלא נמצאת בשיפוע. בזמן הטיסה, בזכות הצורה שלהן, כנפי החפייה הביוניות מייצרות עילוי, וכך מקזזות את תוספת המשקל שלהן.

איור 2: הטיסן מתהפך מן הגב לגלגלים (משמאל לימין). קרדיט: The Laboratory of Intelligent Systems, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

זו דוגמה אחת מני רבות של חיקוי תכונות מהטבע. בינה מלאכותית ורשתות לומדות פותחו כניסיון לחקות את המוח. האחים רייט צפו בציפורים ומתוך התבוננות בהן החליטו על הדרך שבה יבנו את המטוס שלהם. אפילו צמדן הזיפים (סקוץ') הומצא מתוך התבוננות בטבע. אבל אין זה מספיק רק להתבונן, נדרשת עוד עבודת מחקר רבה.

האחים רייט בנו דגמים שונים של כנפיים וניסו אותן במשטרים שונים של זרימת אוויר ובזוויות שונות. במקרה שלנו הדפיסו החוקרים דגמים של כנפי חפייה במדפסת תלת־ממד ועטפו אותן מבחוץ בסיבי פחמן כדי להעניק להן חוזק. הם ייצרו כנפי חפייה ביוניות בגדלים שונים, נתנו לטיסן מנועים בעלי עוצמות שונות, ובדקו האם הטיסן הצליח להתיישר כאשר הוא מונח על משטחים בזוויות שונות. החוקרים גילו שעוצמת המנוע משפיעה פחות מאשר אורך הכנף: בכל הנסיונות הצליח הטיסן להתיישר אם כנף החפייה הייתה ארוכה מספיק. בתום הניסיונות הגיעו לטיסן דמוי חיפושית שמסוגל להתהפך ולהתיישר. 

כרגע ניתן ליישם את הפתרון הזה בטיסנים שמשקלם לא עולה על 2 ק"ג. הפתרון הזה טוב ויעיל כל כך שכדאי לנסות לשלב אותו בתנאים אחרים שבהם רובוט נדרש להתיישר: מתחת למים או בתנועה על הקרקע. ניתן לעשות זאת על ידי שינוי החומרים שמהם עשויות כנפי החפייה הביוניות ולקבל רובוט דינמי יותר, מגיב לפני השטח ועצמאי. רובוטריקים - מאחוריכם!

עריכה: גליה הלוי שדה

מקורות:

[1] טיסן מתהפך בהשראת כנפי חיפושיות

[2] סרטון: טיסן המתהפך בעזרת כנפי חפייה