移動(dòng)端


當(dāng)前位置：興旺寶>資訊首頁> 技術(shù)前沿

受昆蟲啟發(fā)的飛行機(jī)器人：科學(xué)家創(chuàng)造新一代無人機(jī)

2021-03-04 08:39:26來源：cnBeta 閱讀量：111 評論

分享：

導(dǎo)讀：這項(xiàng)技術(shù)可以提高空中機(jī)器人的表演能力，使它們能夠在狹窄的空間里操作，并能承受碰撞。

　　昆蟲非凡的技能特性幫助它們在空中世界中航行，其中包括所有的陣風(fēng)、障礙和一般的不確定性。這樣的特質(zhì)也很難構(gòu)建到飛行機(jī)器人中--但麻省理工學(xué)院副教授陳宇峰(Kevin Yufeng Chen)已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)接近昆蟲敏捷性的系統(tǒng)。
 
　　這項(xiàng)技術(shù)可以提高空中機(jī)器人的表演能力，使它們能夠在狹窄的空間里操作，并能承受碰撞。
 
　　陳宇峰是電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系和電子學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的成員，他開發(fā)的昆蟲大小的無人機(jī)具有較好的靈活性和彈性。這種空中機(jī)器人由一類新的軟性執(zhí)行器提供動(dòng)力，使它們能夠經(jīng)受住現(xiàn)實(shí)世界飛行的物理苦難。陳宇峰希望這些機(jī)器人有朝一日能夠幫助人類，為農(nóng)作物授粉或在狹窄的空間內(nèi)進(jìn)行機(jī)械檢查。
 
　　陳宇峰的研究成果本月出現(xiàn)在《IEEE Transactions on Robotics》雜志上。論文的合著者包括麻省理工學(xué)院博士生任志堅(jiān)、哈佛大學(xué)博士生徐思怡和香港城市大學(xué)機(jī)器人學(xué)家Pakpong Chirarattananon。
 
　　通常情況下，無人機(jī)需要寬闊的空間，因?yàn)樗鼈兗炔粔蜢`活，無法在狹小的空間內(nèi)航行，也不夠堅(jiān)固，無法承受人群中的碰撞。“如果我們看看今天的大多數(shù)無人機(jī)，它們通常相當(dāng)大，”陳宇峰說。“它們的大多數(shù)應(yīng)用都涉及在戶外飛行。問題是：你能不能創(chuàng)造出昆蟲規(guī)模的機(jī)器人，可以在非常復(fù)雜、雜亂的空間里移動(dòng)？”
 
　　陳宇峰認(rèn)為，“制造小型空中機(jī)器人的挑戰(zhàn)是巨大的。” 小指大小的無人機(jī)需要的結(jié)構(gòu)與大型無人機(jī)有著本質(zhì)上的區(qū)別。大型無人機(jī)通常由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但電機(jī)會(huì)隨著尺寸的縮小而失去效率。因此，陳宇峰說，對于昆蟲類機(jī)器人，“你需要尋找替代品”。
 
　　到目前為止，主要的替代方案是采用一種由壓電陶瓷材料構(gòu)建的小型剛性執(zhí)行器。雖然壓電陶瓷讓*代小型機(jī)器人得以飛行，但它們相當(dāng)脆弱。而當(dāng)你要制造一個(gè)模仿昆蟲的機(jī)器人時(shí)，這是一個(gè)問題--覓食的大黃蜂大約每秒鐘都要承受一次碰撞。
 
　　陳宇峰設(shè)計(jì)了一種更有彈性的小型無人機(jī)，使用軟性的執(zhí)行器代替堅(jiān)硬易碎的執(zhí)行器。軟執(zhí)行器由涂有碳納米管的薄橡膠圓柱體制成。當(dāng)對碳納米管施加電壓時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生一種靜電，擠壓并拉長橡膠圓柱體。反復(fù)的伸長和收縮導(dǎo)致無人機(jī)的翅膀跳動(dòng)--快速。
 
　　陳宇峰的執(zhí)行器每秒可以扇動(dòng)近500次，使無人機(jī)具有昆蟲般的彈性。“你可以在它飛行時(shí)擊中它，它可以恢復(fù)，”陳宇峰說。“它還可以在空中做翻筋斗等攻擊性動(dòng)作。”而且它的重量只有0.6克，大約相當(dāng)于一只大黃蜂的質(zhì)量。這架無人機(jī)看起來有點(diǎn)像一盤帶著翅膀的小磁帶，不過陳宇峰正在研究一種形狀像蜻蜓的新原型機(jī)。
 
　　“用厘米級的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)飛行總是令人印象深刻的壯舉，”康奈爾大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授法Farrell Helbling說，他沒有參與這項(xiàng)研究。“由于柔性執(zhí)行器固有的順應(yīng)性，機(jī)器人可以安全地撞上障礙物，而不會(huì)大大抑制飛行。這一特點(diǎn)非常適合在雜亂的動(dòng)態(tài)環(huán)境中飛行，對于任何數(shù)量的現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用都可能非常有用。”
 
　　Helbling補(bǔ)充說，邁向這些應(yīng)用的關(guān)鍵一步將是將機(jī)器人從有線電源中解脫出來，而目前執(zhí)行器的高工作電壓就需要這樣的電源。“我很高興看到作者將如何降低工作電壓，以便有朝一日能夠在現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無繩飛行。”
 
　　制造類似昆蟲的機(jī)器人可以提供一個(gè)了解昆蟲飛行的生物學(xué)和物理學(xué)的窗口，這是研究人員*以來的一個(gè)探索途徑。陳宇峰的工作通過一種逆向工程來解決這些問題。“如果你想了解昆蟲如何飛行，建立一個(gè)規(guī)模的機(jī)器人模型是非常有指導(dǎo)意義的，”他說。“你可以擾動(dòng)一些東西，看看它如何影響運(yùn)動(dòng)學(xué)或流體力的變化。這將幫助你理解那些東西是如何飛行的。”但陳宇峰的目標(biāo)不僅僅是為昆蟲學(xué)教科書“添磚加瓦”。他的無人機(jī)還可以在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中發(fā)揮作用。
 
　　陳宇峰表示，他的迷你航空器可以對復(fù)雜的機(jī)械進(jìn)行導(dǎo)航，以確保安全和功能。“想一想對渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的檢查。你會(huì)希望一架無人機(jī)在(一個(gè)封閉的空間)里移動(dòng)，用一個(gè)小相機(jī)來檢查渦輪板上的裂縫。”
 
　　其他潛在的應(yīng)用包括農(nóng)作物的人工授粉或在災(zāi)難后完成搜索和救援任務(wù)。“所有這些事情對于現(xiàn)有的大型機(jī)器人來說都是非常具有挑戰(zhàn)性的，”陳宇峰說。
 
　　原標(biāo)題：受昆蟲啟發(fā)的飛行機(jī)器人：科學(xué)家創(chuàng)造新一代小巧靈活的無人機(jī)
版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：興旺寶裝備總站”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：興旺寶裝備總站”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非興旺寶裝備總站）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
我來評論

昵稱 驗(yàn)證碼

文明上網(wǎng)，理性發(fā)言。（您還可以輸入200個(gè)字符)

所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)

    相關(guān)新聞