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看新一代RoboBee機器人72變:兩翼、四翼、八翼隨意切換

時間:2019-11-05 來源:機器人在線 閱讀:379 原創

刷屏多年的RoboBee又來了!



近日,SEAS和Wyss生物啟發工程研究所的研究人員開發了一種具有彈性的RoboBee,該RoboBee由柔軟的人造肌肉驅動,可以撞擊到墻壁,掉落在地板上并與其他RoboBees碰撞而不會受到破壞。研究人員說,這是第一款由軟執行器驅動的微型機器人,能夠實現受控飛行。


這項研究發表在《自然》上,論文的第一作者SEAS的前研究生、博士后研究員陳宇峰說:“在微型機器人領域,它們具有很高的彈性,已經使移動機器人擺脫了軟致動器的推動。” “但是,該領域的許多人一直懷疑它們是否可以用于飛行機器人,因為這些執行器的功率密度根本不夠高,而且難以控制。我們的執行器具有足夠高的功率密度和可控性,可以實現懸停飛行。”


該論文由趙慧燦、毛捷、Pakpong Chirarattananon、Nak-seung、Patrick Hyun和David Clarke合著。它得到了美國國家科學基金會的部分支持。


細數歷代RoboBee的弊端


2012年,哈佛大學教授Robert Wood團隊所研發的第一代RoboBee問世,只有86毫克,比一只真正的蜜蜂還要輕。這款RoboBee堪稱當時仿生機器人的得意之作,曾經轟動一時。



但是,第一代RoboBee無法飛出實驗室,因為它還需要一根尾巴,即電纜,保持供電。



2018年,美國華盛頓大學的工程師在第一代RoboBee的基礎上,設計出的第二代飛行機器人 RoboFly ,首次切斷了束縛飛行機器人的電線,使飛行機器人獨立地振翅飛行。



RoboFly稍微比一根牙簽重一點點,由激光供電,將光能轉換為電能,RoboFly勉強可以蹦跶一下,談不上實際的飛行。


一年后,第三代RoboBee X-Wing出現了,通過太陽供電實現自由飛行,從技術上來說,已經是很大的進步。然而,它的缺陷是需要3個太陽級別的光照來提供動力,因此只能依靠研究團隊用來替代太陽的強光燈進行活動,而無法在戶外運行。


第四代RoboBee可隨意更換“翅膀”


第四代RoboBee采用David Clarke教授領導的實驗室開發的電動軟執行器,采用可擴展的Tarr系列材料,具有良好的絕緣性能和彈性,在施加電壓時會變形。



通過提高電極電導率,研究人員能夠以500赫茲的速度操作執行器,這與以前在類似機器人中使用的剛性執行器相當。


處理軟執行器時的另一個挑戰是系統趨于彎曲并變得不穩定。為了解決這一挑戰,研究人員制造了帶有一條垂直約束線的輕型機身,以防止執行器彎曲。


這些小型執行器可以很容易地組裝和更換。為了演示各種飛行能力,研究人員構建了幾種不同型號的軟性RoboBee。


兩翼的RoboBee可以從地面起飛,但沒有其他控制;四翼的RoboBee,兩個執行器無人機可以在混亂的環境中飛行,一次飛行即可克服多次碰撞;八翼的RoboBee,四個執行器模型展示了受控的懸停飛行。


SEAS的前研究生、論文的共同作者之一伊麗莎白·法雷爾·赫爾布林(Elizabeth Farrell Helbling)表示:“小型、低質量的機器人的一個優勢是它們具有抵御外部沖擊的能力。” “軟執行器提供了額外的好處,因為它比傳統的執行策略可以更好地吸收沖擊。這將在潛在的應用中派上用場,例如在瓦礫中飛行以進行搜索和救援任務。”


接下來,研究人員的目標是提高軟動力機器人的效率,該效率仍然遠遠落后于傳統的飛行機器人。


“具有肌肉樣特性和電激活功能的軟執行器代表了機器人技術的巨大挑戰,”羅伯特·伍德(Robert Wood)說,他是SEAS的工程與應用科學教授,威斯生物啟發工程學院的核心教員,該研究的高級作者。“如果我們能夠設計出高性能的人造肌肉,那么天空就是我們可以制造的機器人的極限。”


哈佛大學技術發展辦公室已經保護了與該項目有關的知識產權,并正在探索商業化機會。

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