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看新一代RoboBee机器人72变:两翼、四翼、八翼随意切换

时间:2019-11-05 来源:机器人在线 阅读:372 原创

刷屏多年的RoboBee又来了!



近日,SEAS和Wyss生物启发工程研究所的研究人员开发了一种具有弹性的RoboBee,该RoboBee由柔软的人造肌肉驱动,可以撞击到墙壁,掉落在地板上并与其他RoboBees碰撞而不会受到破坏。研究人员说,这是第一款由软执行器驱动的微型机器人,能够实现受控飞行。


这项研究发表在《自然》上,论文的第一作者SEAS的前研究生、博士后研究员陈宇峰说:“在微型机器人领域,它们具有很高的弹性,已经使移动机器人摆脱了软致动器的推动。” “但是,该领域的许多人一直怀疑它们是否可以用于飞行机器人,因为这些执行器的功率密度根本不够高,而且难以控制。我们的执行器具有足够高的功率密度和可控性,可以实现悬停飞行。”


该论文由赵慧灿、毛捷、Pakpong Chirarattananon、Nak-seung、Patrick Hyun和David Clarke合著。它得到了美国国家科学基金会的部分支持。


细数历代RoboBee的弊端


2012年,哈佛大学教授Robert Wood团队所研发的第一代RoboBee问世,只有86毫克,比一只真正的蜜蜂还要轻。这款RoboBee堪称当时仿生机器人的得意之作,曾经轰动一时。



但是,第一代RoboBee无法飞出实验室,因为它还需要一根尾巴,即电缆,保持供电。



2018年,美国华盛顿大学的工程师在第一代RoboBee的基础上,设计出的第二代飞行机器人 RoboFly ,首次切断了束缚飞行机器人的电线,使飞行机器人独立地振翅飞行。



RoboFly稍微比一根牙签重一点点,由激光供电,将光能转换为电能,RoboFly勉强可以蹦跶一下,谈不上实际的飞行。


一年后,第三代RoboBee X-Wing出现了,通过太阳供电实现自由飞行,从技术上来说,已经是很大的进步。然而,它的缺陷是需要3个太阳级别的光照来提供动力,因此只能依靠研究团队用来替代太阳的强光灯进行活动,而无法在户外运行。


第四代RoboBee可随意更换“翅膀”


第四代RoboBee采用David Clarke教授领导的实验室开发的电动软执行器,采用可扩展的Tarr系列材料,具有良好的绝缘性能和弹性,在施加电压时会变形。



通过提高电极电导率,研究人员能够以500赫兹的速度操作执行器,这与以前在类似机器人中使用的刚性执行器相当。


处理软执行器时的另一个挑战是系统趋于弯曲并变得不稳定。为了解决这一挑战,研究人员制造了带有一条垂直约束线的轻型机身,以防止执行器弯曲。


这些小型执行器可以很容易地组装和更换。为了演示各种飞行能力,研究人员构建了几种不同型号的软性RoboBee。


两翼的RoboBee可以从地面起飞,但没有其他控制;四翼的RoboBee,两个执行器无人机可以在混乱的环境中飞行,一次飞行即可克服多次碰撞;八翼的RoboBee,四个执行器模型展示了受控的悬停飞行。


SEAS的前研究生、论文的共同作者之一伊丽莎白·法雷尔·赫尔布林(Elizabeth Farrell Helbling)表示:“小型、低质量的机器人的一个优势是它们具有抵御外部冲击的能力。” “软执行器提供了额外的好处,因为它比传统的执行策略可以更好地吸收冲击。这将在潜在的应用中派上用场,例如在瓦砾中飞行以进行搜索和救援任务。”


接下来,研究人员的目标是提高软动力机器人的效率,该效率仍然远远落后于传统的飞行机器人。


“具有肌肉样特性和电激活功能的软执行器代表了机器人技术的巨大挑战,”罗伯特·伍德(Robert Wood)说,他是SEAS的工程与应用科学教授,威斯生物启发工程学院的核心教员,该研究的高级作者。“如果我们能够设计出高性能的人造肌肉,那么天空就是我们可以制造的机器人的极限。”


哈佛大学技术发展办公室已经保护了与该项目有关的知识产权,并正在探索商业化机会。

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