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编译|高歌

编辑|云鹏

智器械3月3日新闻,麻省理工学院(MIT)助理教授Yufeng Chen近期揭晓了一篇“昆虫”无人机的论文,该无人机长、宽都仅有几厘米,质量小于1克,在航行中发生碰撞、翻腾也能迅速恢复航行。

该论文名为《具有高度迅速性的抗碰撞昆虫级软驱动空中机器人(Collision Resilient Insect-Scale Soft-Actuated Aerial Robots With High Agility)》,揭晓于IEEE Transactions on Robotics。

论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/9357346

一、模拟昆虫,做通例无人机做不到的事

苍蝇、蚊子等昆虫可能是人们最憎恶的昆虫,由于这些昆虫不仅迅速,还具备弹性。这种特征使它们可以在狂风、多障碍物等庞大情况下快速航行,纵然遭遇撞击也可以很快恢复。

通常来说,无人机并不具备这样的特征,其航行过程中需要宽阔的空间,并制止撞击。

然则Yufeng Chen和他的团队研发的“昆虫”无人机无惧碰撞,可以在庞大、杂乱的空间中移动。据悉,该无人机具备亘古未有的灵巧和弹性,纵然航行中被击中也可以在0.16秒内翻身恢复,翻筋斗等高难度动作也不在话下。

这种“昆虫”无人机在工业、农业、搜救等多个领域都很有辅助。

如密闭发动机的内部检查、人工授粉和进入狭窄空间搜救等义务都可以由这种无人机完成,而现有的通例无人机则很难完成这些义务。

Yufeng Chen称,有时候无人机尺寸并非越大越好。

康奈尔大学的助理教授Farrell Helbling以为,“昆虫”无人机的研发是一项令人印象深刻的壮举,航行中该无人机无惧碰撞更是大大扩展了其现适用途。

二、重量仅6克,形似小磁带盒

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Yufeng Chen及其团队研发的这款新型“昆虫”无人机的质量仅有0.6克,约莫和一只大黄蜂差不多重。其形状看起来有点像带同党的小磁带盒。

虽然“昆虫”无人机的样子有点名存实亡,然则这种无人机为研究昆虫航行的生物和物理科学家提供了一种新的研究途径。

研究昆虫航行的科研人员可以改变一些无人机的动力学和流体力学参数,并通过考察无人机的运动状态若何转变,加倍深入的领会昆虫航行原理。

由于靠近昆虫巨细的无人机与大型无人机组织截然不同,Yufeng Chen及其团队已多年探索若何解决微型无人机研发方面的挑战。

三、接纳新致动器,每秒可扇近500次同党

早在2019年,这一研究团队关于微型无人机的论文已经登上顶级学术期刊《自然》。已往两年,研究团队为了使无人机更耐击打而设计加倍优化的方案,使得新一代无人机在功率密度等性能方面有了显著的提升。

大型无人机通常使用电动机为其提供动力,然则对于“昆虫”无人机来说,合适尺寸的电动机却很难提供足够的动力。

之前第一代微型无人机接纳的是基于压电陶瓷材料的刚性驱动器,这种刚性驱动器却异常懦弱,无法像昆虫一样平常从碰撞中恢复继续航行,以是Yufeng Chen团队只能放弃这种方案。

Yufeng Chen为领会决碰撞问题,设计了一种新型介电弹性体致动器(DEA)。

这种弹性体致动器由碳纳米涂层包裹的薄橡胶圆筒制成,若是施加电压到碳纳米涂层,涂层就会发生静电力,挤压、拉长橡胶筒,而频频的伸长和缩短则使无人机机翼快速跳动,其机翼每秒可拍动近500次,发生升力。

Farrell Helbling以为,该手艺投入适用的下一步是使无人机脱节电源线的约束。

现在由于弹性体致动器的事情电压较高,只能连线提供电压。若是Yufeng Chen团队能够降低操作电压,那“昆虫”无人机将实现在现实环境中无绳自由航行。

此外为了使无人机更像昆虫,Yufeng Chen正在研发一种蜻蜓形状的原型机。

结语:“昆虫”灵感正启发更多无人机创新

仿生无人机一直是无人机领域的主要课题,德国费斯托公司曾研发一种“仿生蝴蝶”无人机,能够像蝴蝶一样翩翩起舞,我国西北工业大学也曾研制出“信鸽”无人机。

Yufeng Chen的无人机在该领域潜力伟大,随着新材料与电源手艺的改善,“昆虫”无人机的性能仍有较大提升空间,其新型介电弹性体致动器设计巧妙,为仿生无人机研究提供了新的思绪。

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