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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:385 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?#25442;?#21463;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?#29616;?#23427;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?#39057;?#26102;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?#20572;?#21363;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?#21592;?#36342;一下,谈不上?#23548;?#30340;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?#38469;?#19978;来说,已经是很大的进步。?#27426;?#23427;的缺陷?#20999;?#35201;3个太阳级别的光照来提供动力,因此只能依靠研?#23458;?#38431;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?#38405;?#21644;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?#38498;?#23481;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?#28304;?#22320;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?#19994;?#29615;境中飞行,一次飞行即可克服多?#38395;?#25758;;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?#23545;?#33853;后于传统的飞行机器人。


“具有肌肉样特?#38498;?#30005;激活功能的软执行器代表了机器人?#38469;?#30340;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?#38405;?#30340;人造肌肉,那么天?#31449;?#26159;我们可以制造的机器人的极限。”


哈佛大学?#38469;?#21457;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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