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美国研发蝙蝠机器人:未来的无人机可能长这样……
导语:谈到无人机,很多不明真相的吃瓜群众都把它跟四轴飞行器画上等号,甚至认为无人机就应该是四轴的。但是,最近美国研发团队耗资150万美元,历经数年研发出了一款蝙蝠机器人,这款机器人能完成翱翔 、滑行、俯冲,有人认为,这种带翅膀的机器人才是无人机的最佳飞行形态。
谈到无人机,很多不明真相的吃瓜群众都把它跟四轴飞行器画上等号,甚至认为无人机就应该是四轴的。但是,最近美国研发团队耗资150万美元,历经数年研发出了一款蝙蝠机器人,这款机器人能完成翱翔 、滑行、俯冲,有人认为,这种带翅膀的机器人才是无人机的最佳飞行形态。



__重量仅85克的蝙蝠机器人__

据英国《每日邮报》报道,美国研发团队耗资150万美元,历经数年研发出了一款蝙蝠机器人,这款机器人能完成翱翔 、滑行、俯冲,并将有可能在其他无人机附近盘旋。

目前,蝙蝠机器人能在空中拍翅膀翱翔,节能滑行,有必要时也能完成俯冲。研发人员希望其最终能像真蝙蝠一样能倒挂起来,但这要等到其后续版本。

《Science Robotics》杂志中一份研究报告的三位作者表示:“由于能模仿蝙蝠灵活独特的飞行方式,这款重量仅为3盎司(约85克)的飞行器在灾区及建筑区的飞行表现比普通无人机更加出色和安全。”

其中一位作者、伊利诺伊大学的工程学教授Seth Hutchinson说:“例如,蝙蝠机器人可以成为福岛核电站核泄漏后进行灾情调查的绝佳选择。”

另一位作者、加州理工学院的航空航天教授Soon-Jo Chung表示:“每当我看见蝙蝠在空中急转弯,优雅地收起翅膀完成倒挂动作时,我变得非常着迷。”“这款蝙蝠机器人拥有9个关节,从头到尾不到8英寸,其翅膀展开时能达1.5英尺(约0.46米),拍翅频率达每秒10次。”

这支研发团队仍需增加摄像机,打造更多无人机,及从联邦机构获得操控这些蝙蝠机器人的许可。但Hutchinson表示,这些蝙蝠机器人在五年内便可投入使用。

__无人机:翅膀比四轴更好?__

蝙蝠的翅膀与鸟类完全不同,其差异可不只翅膀上有没有羽毛覆盖。通常,当机器学家制作类鸟或类昆虫型的机器人时,它们会尽力去模仿此类动物的翅膀,或者在整个翅膀结构中加入几个刚性部件。

不过,蝙蝠的翅膀工作原理有所不同,其翅膀的底层结构是由变质的肌肉骨骼系统组成的,这套系统自由度(DoF)大于40,扇动翅膀时,蝙蝠身上的某些骨头甚至会主动变形。此外,蝙蝠翅膀表面表面覆盖了一层具有柔韧度调节能力的非均质薄膜。研究人员表示,如此复杂的飞行系统让蝙蝠获得了超高的敏捷度,但也提高了人们在机器人身上复制这套飞行系统的难度。

由于无法完整的复制蝙蝠“恐怖”的自由度(会造成机器人过于沉重和复杂),研究人员决定将其自由度从40直接降到5(包括肩部、肘部动作,手腕弯曲和腿部与尾巴的左右弯曲)。这样的机器蝙蝠虽然不算完美,但已经可以拥有蝙蝠57%的飞行能力。研究人员打造的蝙蝠机器人与埃及果蝠大小类似,翼展为47厘米。



_机器蝙蝠的核心组件_

蝙蝠机器人需要用到5级自由度是翼面形态的要求,伸展、弯曲和扭曲等动作都会影响翼面的底层结构,引发空气动力学上的巨大变化。

蝙蝠机器人的翼面由柔性硅胶膜制成,其厚度仅为56微米,因此要想控制这样的“翅膀”完成飞行任务是个巨大的挑战。最终,研发人员用闭环反馈法解决了这一问题。

眼下,蝙蝠机器人已经能在保持稳定的情况下完成直飞、俯冲和转弯等动作,还原蝙蝠的大部分飞行形态了。

蝙蝠是种颇为神奇的动物,它不但能倒吊在洞穴中,还能将抓到的昆虫藏在翅膀中带回家享用。不过,虽然眼下蝙蝠机器人还不能复制所有蝙蝠的能力,但它已经帮研究人员深入了解了蝙蝠的工作方式,蝙蝠如何扇动翅膀、如何控制飞行状态都不再是个谜。

未来,动作灵活的蝙蝠机器人可以负责完成许多极限飞行任务(如狭窄空间中),研究人员也非常看好它未来在建筑工地中的应用。

蝙蝠机器人的商业化运营可能还遥遥无期,但要想将其变成现实,研究人员就必须继续努力探索如何完成电池、驱动器和计算设备的小型化和轻量化。
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