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MIT研發(fā)新昆蟲無人機(jī),,重量僅6克形似小磁帶盒

2021-03-16
來源:電子發(fā)燒友
關(guān)鍵詞: 電源 無人機(jī)

  麻省理工學(xué)院(MIT)助理教授YufengChen近期發(fā)表了一篇“昆蟲”無人機(jī)的論文,,該無人機(jī)長、寬都僅有幾厘米,,質(zhì)量小于1克,,在飛行中發(fā)生碰撞、翻滾也能迅速恢復(fù)飛行,。

  該論文名為《具有高度敏捷性的抗碰撞昆蟲級(jí)軟驅(qū)動(dòng)空中機(jī)器人(CollisionResilienTInsect-ScaleSoft-ActuatedAerialRobotsWithHighAgility)》,,發(fā)表于IEEETransacTIonsonRoboTIcs。

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  一,、模仿昆蟲,,做常規(guī)無人機(jī)做不到的事

  蒼蠅、蚊子等昆蟲可能是人們最討厭的昆蟲,,因?yàn)檫@些昆蟲不僅敏捷,,還具備彈性。這種特性使它們可以在狂風(fēng),、多障礙物等復(fù)雜情況下快速飛行,,即使遭遇撞擊也可以很快恢復(fù)。

  通常來說,,無人機(jī)并不具備這樣的特性,,其飛行過程中需要寬闊的空間,并避免撞擊,。

  但是YufengChen和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“昆蟲”無人機(jī)無懼碰撞,,可以在復(fù)雜、混亂的空間中移動(dòng),。據(jù)悉,,該無人機(jī)具備前所未有的靈巧和彈性,即使飛行中被擊中也可以在0.16秒內(nèi)翻身恢復(fù),,翻筋斗等高難度動(dòng)作也不在話下,。

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  這種“昆蟲”無人機(jī)在工業(yè)、農(nóng)業(yè),、搜救等多個(gè)領(lǐng)域都很有幫助,。

  如密閉發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部檢查、人工授粉和進(jìn)入狹窄空間搜救等任務(wù)都可以由這種無人機(jī)完成,,而現(xiàn)有的常規(guī)無人機(jī)則很難完成這些任務(wù),。

  YufengChen稱,,有時(shí)候無人機(jī)尺寸并非越大越好。

  康奈爾大學(xué)的助理教授FarrellHelbling認(rèn)為,,“昆蟲”無人機(jī)的研發(fā)是一項(xiàng)令人印象深刻的壯舉,,飛行中該無人機(jī)無懼碰撞更是大大擴(kuò)展了其實(shí)際用途。

  二,、重量僅6克,,形似小磁帶盒

  YufengChen及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這款新型“昆蟲”無人機(jī)的質(zhì)量僅有0.6克,大約和一只大黃蜂差不多重,。其形狀看起來有點(diǎn)像帶翅膀的小磁帶盒,。

  雖然“昆蟲”無人機(jī)的樣子有點(diǎn)名不副實(shí),但是這種無人機(jī)為研究昆蟲飛行的生物和物理科學(xué)家提供了一種新的研究途徑,。

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  研究昆蟲飛行的科研人員可以改變一些無人機(jī)的動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)參數(shù),,并通過觀察無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化,更加深入的了解昆蟲飛行原理,。

  由于接近昆蟲大小的無人機(jī)與大型無人機(jī)構(gòu)造截然不同,,YufengChen及其團(tuán)隊(duì)已多年探索如何解決微型無人機(jī)研發(fā)方面的挑戰(zhàn),。

  三,、采用新致動(dòng)器,每秒可扇近500次翅膀

  早在2019年,,這一研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于微型無人機(jī)的論文已經(jīng)登上頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》,。過去兩年,研究團(tuán)隊(duì)為了使無人機(jī)更耐擊打而設(shè)計(jì)更加優(yōu)化的方案,,使得新一代無人機(jī)在功率密度等性能方面有了顯著的提升,。

  大型無人機(jī)通常使用電動(dòng)機(jī)為其提供動(dòng)力,但是對于“昆蟲”無人機(jī)來說,,合適尺寸的電動(dòng)機(jī)卻很難提供足夠的動(dòng)力,。

  之前第一代微型無人機(jī)采用的是基于壓電陶瓷材料的剛性驅(qū)動(dòng)器,這種剛性驅(qū)動(dòng)器卻非常脆弱,,無法像昆蟲一般從碰撞中恢復(fù)繼續(xù)飛行,,所以YufengChen團(tuán)隊(duì)只能放棄這種方案。

  YufengChen為了解決碰撞問題,,設(shè)計(jì)了一種新型介電彈性體致動(dòng)器(DEA),。

  這種彈性體致動(dòng)器由碳納米涂層包裹的薄橡膠圓筒制成,如果施加電壓到碳納米涂層,,涂層就會(huì)產(chǎn)生靜電力,,擠壓、拉長橡膠筒,,而反復(fù)的伸長和收縮則使無人機(jī)機(jī)翼快速跳動(dòng),,其機(jī)翼每秒可拍動(dòng)近500次,,產(chǎn)生升力。

  FarrellHelbling認(rèn)為,,該技術(shù)投入實(shí)用的下一步是使無人機(jī)擺脫電源線的束縛,。

  目前由于彈性體致動(dòng)器的工作電壓較高,只能連線提供電壓,。如果YufengChen團(tuán)隊(duì)能夠降低操作電壓,,那“昆蟲”無人機(jī)將實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中無繩自由飛行。

  此外為了使無人機(jī)更像昆蟲,,YufengChen正在研發(fā)一種蜻蜓形狀的原型機(jī),。

  結(jié)語:“昆蟲”靈感正啟發(fā)更多無人機(jī)創(chuàng)新

  仿生無人機(jī)一直是無人機(jī)領(lǐng)域的重要課題,德國費(fèi)斯托公司曾研發(fā)一種“仿生蝴蝶”無人機(jī),,能夠像蝴蝶一樣翩翩起舞,,我國西北工業(yè)大學(xué)也曾研制出“信鴿”無人機(jī)。

  YufengChen的無人機(jī)在該領(lǐng)域潛力巨大,,隨著新材料與電源技術(shù)的改進(jìn),,“昆蟲”無人機(jī)的性能仍有較大提升空間,其新型介電彈性體致動(dòng)器設(shè)計(jì)巧妙,,為仿生無人機(jī)研究提供了新的思路,。


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