像昆虫一样大小的飞行机器人？科学家发明无陀螺仪飞行器发表时间：2022-12-14 20:56 小型昆虫可以自由的在空中飞行。人们可否制作出像小昆虫一样大小的轻型飞行机器人？ 这在搜索、救援任务、危险场所检查、军事侦察等方面具有极高的现实应用价值。 在科幻作品中我们见到过这样的产品。但是到目前为止，实现这些机器人还是很困难的，特别是在试图稳定它们的飞行、像昆虫天生那样随意悬停是一个很难解决的难题。 最近，华盛顿大学的研究人员开发了一种飞行控制和风传感系统，可以帮助解决这一具有挑战性的机器人问题，最终使机器人即使小到一只小虫子也能稳定飞行。该系统使用了一种加速计。该 加速计是一种可以测量任何移动设备、物体或身体加速度的传感器。 该研究成果发表在《科学机器人》杂志上。 近40年来，机器人专家和微型制造专家一直梦想着制造出只有几毫克重的、小虫子大小的机器人。 近年来，世界各地的许多机器人专家一直在尝试为体重不超过10毫克的昆虫大小的机器人创建驱动系统，许多人取得了成功，包括美国伯克利大学和陆军研究实验室的研究人员。然而，迄今为止，如何可靠地稳定和控制这些如此的小型机器人的飞行是一个亟待解决的大难题。 通常，小型扑翼机器人和无人机在没有反馈控制的情况下是不稳定的。如果你打开机翼或旋翼，它们很快就会飞出天空。人们认为苍蝇可以通过使用陀螺挂绳作为反馈来进行补偿。因此，一个著名的解决方案是在飞行机器人设计中添加陀螺仪。 理论上集成陀螺仪有助于克服与小型飞行机器人飞行相关的技术问题，但目前可用的陀螺仪远没有这种轻型飞行器所需的轻巧或高效。迄今为止开发的最轻的陀螺仪重为15毫克，比一个小虫子大小的飞行机器人的重量还要重5毫克。 进行这项技术开发的研究人员之一富勒说，“我们提出了一个全新的解决方案。这个新方法源于我的博士论文，我发现苍蝇利用羽毛状触角的风感来控制飞行。论文中我们证明，可以像苍蝇一样，使用一种不同的传感器，即加速度计来测量空速。最大的好处是，加速度计比陀螺仪小得多，效率也更高。它仅有2毫克重。” 除了比陀螺仪轻得多之外，当与良好的机器人动力学模型一起使用时，加速计还可以帮助估计机器人在飞行中的倾斜角度。在他们的设计中，富勒和他的同事还设计了一个同样轻的光学流量传感器和一个微型微处理器，用来估计机器人的高度和风力。 当开发人员将该系统对阵风的模拟反应与果蝇对同一阵风的反应进行比较时，发现这两个系统的表现非常相似。因此，现在研究人员有一个关于昆虫飞行控制的有趣假设，没有陀螺仪的飞行昆虫，比如蜜蜂和飞蛾，可能能够通过用触角感知风来稳定其不稳定的飞行，他们对这种动力学模型进行了测试。 富勒和他的同事们使用一个30克重的飞行机器人，在模拟环境和真实世界实验中测试了他们的系统，发现它可以成功地像果蝇一样稳定的飞行。未来，他们计划在许多其他飞行机器人上应用和测试，包括重量小于10毫克的轻型机器人。 富勒补充道：“我们建立了一个基于现成部件的稳定飞行控制系统，该系统对于一个像小虫子大小的机器人来说足够小。我们的系统还可以适用于更大的机器人，例如100mg UW Robofly，允许更多的有效载荷用于更大的电池或其他传感器。在我们的下一步研究中，我们计划演示它在UW Robofly上飞行。” “她和罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）后来写了一篇有趣的论文，题为《快速、廉价、失控：机器人入侵太阳系》，该论文提议派遣小型机器人探索太阳系，也被称为“智能尘埃”。这类机器人将比我实验室的学生迄今为止创造的100毫克大黄蜂大小的机器人UW Robofly小得多。”
图. 在一个美元硬币上一个10毫克重的昆虫机器人部件图像。它们包括一个2毫克风感回转仪、一个3毫克微处理器和一个1毫克可视光学流量传感器。 相关阅读 |
|
