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      哈佛大学开发出史上最轻的自主飞行机器人!
      本文作者:小易 2019-06-27 17:37:36 浏览量:2578 评论量:23

      哈佛大学开发出史上最轻的自主飞行机器人!这个蜜蜂机器人仅259毫克,只需太阳能供电就能实现持续、不受束缚的飞行!

      出于对自由飞翔的渴望,人类从未放弃对飞行的探索。几千年来,许多先行者为飞行作出了种种努力。早在达芬奇的时代,飞行的动物就激发了人类的探索精神,人们一直试图模仿自然界中的飞行动物,制造出能够扇动翅膀飞起来的机器人。

      据报道,由Robert J。 Wood教授领导的哈佛大学微机器人实验室的研究人员展示了他们模拟昆虫制造的飞行机器人,这是一个四翼的蜜蜂机器人,他们称之为RoboBee X-Wing。 

      研究人员表示,这是迄今为止最轻的昆虫飞行器,它使用太阳能电池,只要有光源就能持续、不受束缚地飞行。

       哈佛大学开发出史上最轻的自主飞行机器人!

      这个受昆虫启发的机器人是有史以来最轻的飞行器,可以在无需电源栓绳的情况下实现持续飞行。

      RoboBee X-Wing重259毫克,比回形针还轻,翼展约3.5厘米 

      RoboBee X-Wing重259毫克,比回形针还轻,翼展约3.5厘米

      它由重量约为10毫克的微型太阳能电池供电,与点亮一串LED圣诞灯串上的一个灯泡相比,驱动一个RoboBee所需的能量更少。

      与以往的微型飞行机器人相比,这个RoboBee具有更好的传动比,改进的执行器,以及一对额外的机翼。

      这些改进使得这个微型机器人有足够的升力,能够携带6块太阳能电池和机载电子设备。

      研究人员表示,这个不受束缚的机器人蜜蜂可以用于环境探索、搜索和救援任务,等等。

      有4个翅膀的蜜蜂机器人:259毫克,太阳能供电

      以前,蜜蜂机器人通常被设计得非常像蜜蜂,有两个与蜜蜂翅膀大小差不多的拍打翅膀。毕竟,蜜蜂能用两只翅膀做很多事情,那么为什么机器人不能呢?

      事实证明,有翼微型机器人无法完成蜜蜂能做的事情有许多原因。例如,偏航控制被证明是非常困难的。这也是为什么使用四个翅膀而不是两个翅膀的不太像蜜蜂的设计非常吸引人的原因之一。

      此外,扑翼机器人比固定翼无人机和四旋翼直升机有一些潜在优势。翅膀的拍动使动物和机器具有高度的灵活性和移动性——例如,蝙蝠可以轻易地飞过地下室、洞穴和茂密的森林。此外,扇动的翅膀通常比螺旋桨的叶尖速度要慢,因此更安静,如果它们撞到人,造成的伤害也更小。

      实现昆虫大小的飞行机器人有3个具体的挑战。

      首先,用于制造机器人的材料必须既坚固又轻盈。

      其次,人类设计的致动器(将能量转化为运动的装置)和电池还远未实现生物组织的功率和能量密度。

      第三,动物通常用来保持稳定飞行和操纵的传感和控制算法复杂得令人难以置信。即使使用超级计算机,也很难模拟动物飞行的算法,尽管一个典型的昆虫大脑只有大约100万个神经元——这比超级计算机处理系统中的组件数量少了一个数量级。

      当然,Jafferis团队的工作并不是第一个能自主飞行的扑翼机器人昆虫。去年在ICRA,华盛顿大学的一个小组就展示了一个双翼机器人,当激光对准它的太阳能电池时,它就能起飞。不过哈佛大学的机器人蜜蜂不止是能“起飞”,而且能在空中持续飞行。

      RoboBee X-Wing机器人的结构如下图所示。持续飞行要求要有持续供能、而且轻量的电源。以前的昆虫机器人,有线的电源显然不行。

       RoboBee X-Wing

      RoboBee X-Wing。只有几厘米大小的飞行器,通过扇动翅膀飞行。提供动力的太阳能电池板安装在机翼系统上方;电子设备则安装在机翼下方。

      作者巧妙地避开了有线电源的问题,而是在机器人蜂顶部安装太阳能电池板。在高强度光源照明下,太阳能板能提供大约120毫瓦电能,足以驱动这个只有259毫克的飞行系统。

      太阳能电池板,包含6块约5mm边长的太阳能电池

      太阳能电池板,包含6块约5mm边长的太阳能电池

      RoboBee的核心是一个由复合材料制成的扑翼系统,采用激光加工技术。这是该研究团队的一个特点,他们属于哈佛微型机器人实验室的一个研究小组。该小组开发了一种设计和制造工具,并且已经开发得相当成熟,成为制造小型机器人的宝贵(和令人羡慕的)资源。

      扑翼系统扑翼系统

      扑翼系统扑翼系统

      目前他们设计的扑翼系统采用了创新的四翼结构,前后摆动。这种运动是由集成压电材料(将电转化为机械力的材料)驱动,并产生足够的升力和可接受的功率需求。

      悬挂在机翼系统下方的电子设备

      悬挂在机翼系统下方的电子设备

      压电材料的一个缺陷是,尽管它们可以对材料施加相当大的力,但它们会引起微小的位移,并且需要高电压。当前工作的关键进步是优化了机械传动,从而能够产生适当的力,并开发了一个轻量级的电子电路,将太阳能电池板产生的低电压转换成压电材料所需要的200伏特的脉冲功率。

      所有这些部件组合在一起,最终形成了这个又高又瘦的飞行机器蜜蜂,它的太阳能电池板高挂在机翼系统上方,电子设备悬挂在机翼下方。

      它当然不是最美观的飞行器,但当灯一亮,它就会升空,并实现持续、自主、不受束缚的飞行。

      为什么是四个翅膀?蜜蜂机器人三大核心组件解析

      近年来,人们对开发“亚克级”(sub-gram)飞行器产生了浓厚的兴趣,人们普遍预计这类自主飞行器的机动性很高,可广泛用于环境监测、密闭空间内导航等应用。然而,随着毫米级飞行器(MAV)的尺寸越来越小,需要采用与此前不同的致动策略,以及基于挠曲的内部结构,以克服极小尺寸带来的诸多限制。尺寸问题降低了电磁电动机性能,并增加了传统轴承摩擦带来的损失。

      在毫米级的飞行器中,通常选择压电作为致动来源,因为它们的功率密度标度为L^-1(其中L是致动器长度),且致动器的振荡操作可以与机翼的期望运动良好匹配。制造和组装技术的进步进一步增加了在微型机器人系统应用的稳健性。不过,这种飞行器飞行必须依赖外部电源和控制系统。

      5-7个太阳才能起飞!未来优化空间巨大

      该设备本身是一个令人印象深刻的成就,同样值得的瞩目的是该团队为系统进行的详细描述的建模和设计。飞行机器蜜蜂不只是将各个部件结合在一起。它还反映了重量、电能、控制、力量、弹性甚至成本等各种因素达成的平衡。

      还有很多工作要做,我们还没有完全达到机器人群将飞上天空的地步。Jafferis和他同事的机器人需要强烈的光来产生足够的能量才能起飞(至少是太阳强度的5-7倍),研究人员表示将来的工作是将电力需求降低到一个太阳的强度就能提供。

      此外,这台机器人飞行了没一会就从视野中消失了,很可能是要迫降了。在 RoboBee X-Wing 真正实现自主飞行之前,还需要进行一些设计优化等工作。

       来源:新智元

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      最新评论

      蒲公英  1个月前
      仿真飞行机器人,真的好像哟

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      方城  1个月前
      这种机器人可以拍死。

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      猜猜看  1个月前
      这个机器人翅膀做的很像诶

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      陈诚  1个月前
      受昆虫启发的机器人是有史以来最轻的飞行器

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      当风玉立  1个月前
      这是一个四翼的蜜蜂机器人,他们称之为RoboBee X-Wing

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      苏国庆  4周前
      这个机器人是不是很容易损坏啊

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      等待花开  4周前
      这个也是救援机器人吧

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      秋逝  4周前
      这个受昆虫启发的机器人是有史以来最轻的飞行器

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      派大星  4周前
      好轻的机器人啊

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      太平盛世  4周前
      哈佛大学开发出史上最轻的自主飞行机器人!

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      夜空中的星  4周前
      这个受昆虫启发的机器人是有史以来最轻的飞行器,可以在无需电源栓绳的情况下实现持续飞行。

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      苏国庆  3周前
      有4个翅膀的蜜蜂机器人

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      Able  3周前
      史上最轻的自主飞行机器人!

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      智能科技  3周前
      这是一个四翼的蜜蜂机器人,他们称之为RoboBee X-Wing。

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      kira  3周前
      与以往的微型飞行机器人相比,这个RoboBee具有更好的传动比

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      NACH  3周前
      蜜蜂机器人,以后会不会还有蜻蜓机器人,大雁机器人……

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      王超  2周前
      使得这个微型机器人有足够的升力,能够携带6块太阳能电池和机载电子设备。

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      当风玉立  2周前
      的蜜蜂机器人,咋感觉像知了

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      大D  2周前
      机器人跟蜜蜂可不像

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      张大哥  2周前
      飞行机器人

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      牛行天下123  2周前
      这个不受束缚的机器人蜜蜂可以用于环境探索、搜索和救援任务

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      魏玉华  1周前
      蜜蜂能用两只翅膀做很多事情,那么为什么机器人不能呢?

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      三生三世  1周前
      制造和组装技术的进步进一步增加了在微型机器人系统应用的稳健性。

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      没有更多了哦~

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