マルハナバチのように安定：羽ばたき式マイクロロボットが突風でもバランスを保つ新アルゴリズム

モスクワ物理工科大学（MIPT）とスコルテクの研究者らは、羽ばたき翼を持つ小型ロボットの飛行を安定させるアルゴリズムと、突風環境下でさまざまな制御アルゴリズムを試験するための計算環境を開発した。マルハナバチは、自然界で最も機動性に優れた生物の一つであり、その飛行は各羽ばたきが安定した渦構造を形成して揚力を発生させる渦空気力学に依存している。しかし、羽ばたき飛行は本質的に不安定であり、この空気力学をロボットやそのデジタルモデルに適用すると、ほんのわずかな突風でもバランスを失ってしまう。新しい安定化システムは、羽ばたき振幅、平均軌道位置、および自身の軸周りの羽根の回転角という3つの主要な翼パラメータを制御する。このアルゴリズムは、離散リアプノフ関数に基づく非線形コントローラを使用して、目標コースからの偏差を減らす翼運動の変化を計算する。このアルゴリズムは、強い垂直突風があるデジタル風洞で試験された。線形コントローラは、風力が体重の50〜60%を超えない場合にのみ昆虫を保持できたのに対し、新しいハイブリッドアルゴリズムは、突風が物体の重量の1.5倍に達しても飛行を安定させ、安定化時間は3〜6秒であった。この計算環境は「知覚-計算-行動」アーキテクチャに従い、強化学習ツールと互換性があり、古典的レギュレータ、ニューラルネットワークアルゴリズム、およびハイブリッド方式の公平な比較を可能にする。研究チームは、モデルをさらに複雑にし、ニューラルネットワークを用いたハイブリッドコントローラを試験して、羽ばたき翼マイクロロボットの完全自律航法を実現する計画である。