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華盛頓州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種可以在各個(gè)方向完全飛行的機(jī)器蜜蜂。

(相關(guān)資料圖)

Bee ++原型機(jī)擁有四個(gè)由碳纖維和聚脂薄膜制成的機(jī)翼以及四個(gè)控制每個(gè)機(jī)翼的輕型驅(qū)動(dòng)器， 是第一個(gè)能夠在各個(gè)方向穩(wěn)定飛行的原型機(jī)。這包括被稱為偏航的棘手扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，Bee ++ 完全實(shí)現(xiàn)了典型飛行昆蟲所顯示的六度自由運(yùn)動(dòng)。

在 WSU 機(jī)械與材料工程學(xué)院 Flaherty 副教授 Néstor O. Pérez-Arancibia 的帶領(lǐng)下，研究人員在 IEEE 機(jī)器人學(xué)報(bào)期刊上報(bào)告了他們的工作。 Pérez-Arancibia 將在本月底的 IEEE 機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議 上公布研究結(jié)果 。

Pérez-Arancibia 說(shuō)，30 多年來(lái)，研究人員一直在嘗試開發(fā)人造飛行昆蟲。它們有朝一日可以用于許多應(yīng)用，包括人工授粉、狹小空間內(nèi)的搜索和救援工作、生物研究或環(huán)境監(jiān)測(cè)，包括在惡劣環(huán)境中。

但是，僅僅讓微型機(jī)器人起飛和著陸就需要開發(fā)像昆蟲大腦一樣運(yùn)作的控制器。

“這是機(jī)器人設(shè)計(jì)和控制的混合體，”他說(shuō)。“控制是高度數(shù)學(xué)化的，你需要設(shè)計(jì)一種人工大腦。有人稱之為隱藏技術(shù)，但沒(méi)有那些簡(jiǎn)單的大腦，什么都行不通。”

研究人員最初開發(fā)了一種雙翼機(jī)器蜜蜂，但它的運(yùn)動(dòng)受到限制。2019 年，Pérez-Arancibia 和他的兩名博士生首次打造了一個(gè)足以起飛的四翼機(jī)器人燈。為了進(jìn)行兩個(gè)稱為俯仰或滾動(dòng)的動(dòng)作，研究人員讓前翼以與后翼不同的方式拍打以進(jìn)行俯仰，并使右翼以與左翼不同的方式拍打以進(jìn)行滾動(dòng)，從而產(chǎn)生使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)的扭矩它的兩個(gè)主要水平軸。

但他說(shuō)，能夠控制復(fù)雜的偏航運(yùn)動(dòng)非常重要。沒(méi)有它，機(jī)器人就會(huì)失去控制，無(wú)法專注于一個(gè)點(diǎn)。然后他們崩潰了。

“如果你不能控制偏航，你就非常有限，”他說(shuō)。“如果你是一只蜜蜂，這里就是花，但如果你無(wú)法控制偏航，你就會(huì)在試圖到達(dá)那里時(shí)一直在旋轉(zhuǎn)。”

擁有所有程度的運(yùn)動(dòng)對(duì)于規(guī)避機(jī)動(dòng)或跟蹤物體也至關(guān)重要。

“這個(gè)系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，而且這個(gè)問(wèn)題非常難，”他說(shuō)。“多年來(lái)，人們對(duì)如何控制偏航有理論上的想法，但由于驅(qū)動(dòng)限制，沒(méi)有人能夠?qū)崿F(xiàn)它?！?/p>

為了讓他們的機(jī)器人以可控的方式扭曲，研究人員從昆蟲那里得到了啟發(fā)，移動(dòng)了翅膀，使它們?cè)谝粋€(gè)傾斜的平面內(nèi)拍打。他們還增加了機(jī)器人每秒拍打翅膀的次數(shù)——從每秒 100 次增加到 160 次。

“部分解決方案是機(jī)器人的物理設(shè)計(jì)，我們還發(fā)明了一種新的控制器設(shè)計(jì)——告訴機(jī)器人做什么的大腦，”他說(shuō)。

Bee ++的重量為 95 毫克，翼展為 33 毫米 ，仍然比重約 10 毫克的真正蜜蜂大。與真正的昆蟲不同，它一次只能自主飛行約五分鐘，因此它主要通過(guò)電纜拴在電源上。研究人員還致力于開發(fā)其他類型的昆蟲機(jī)器人，包括爬蟲和水黽。

Pérez-Arancibia 在南加州大學(xué)的前博士生 Ryan M. Bena、Xiufeng Yang 和 Ariel A. Calderón 共同撰寫了這篇文章。這項(xiàng)工作由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和 DARPA 資助。WSU 基金會(huì)和 Palouse 俱樂(lè)部通過(guò) WSU 的 Cougar Cage 計(jì)劃也提供了支持。