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“机器苍蝇”首飞成功
2013-05-14 10:45:52   (被阅读 1166 次)
时间:2013-05-10 14:25 来源:环球科学
扇动性能最好的飞行机器人翅膀,一秒钟内可拍打120次,几乎就像真的苍蝇一样。
受到苍蝇飞行能力启发,如硬币般大小的机器人,可以帮助研究人员更好的昆虫飞行的细节

苍蝇可以轻易地避开苍蝇拍,也可以停在随风飘摇的物体表面上。一些研究表明,昆虫翅膀扇动时的微小变化,可以产生足够的扭转运动,使得它们能快速转弯。在实验室里,科学家开始制造机器人模仿昆虫飞行。虽然这可以更好得理解昆虫飞行的细节,但实际做起来却很困难。

尽管没有参与此次试验,但华盛顿大学西雅图分校的生物工程师迈克尔•迪金森(Michael Dickinson)表示:“多年来,人们一直在试图打造这样的拍打器械。”

根据飞行动力学,阻力和摩擦力对小规模元件影响很大。因此,很多大型机器人的组件,比如齿轮和滑轮就无法适用于微型飞行器。

哈佛大学的罗伯特•伍德(Robert Wood)和同事不得不即兴创作组件,来提升微型飞行机器人的主干、翅膀和飞行肌的性能。他们将具有压电性能的陶瓷材料运用于飞行肌,这意味着材料可以随着磁场变化而进行伸缩。研究者在碳纤维骨架上植入两组飞行肌,通过塑性铰将它们连接在骨架的顶端,且每组器件都只有硬币那么小。

振荡电场使得压电性肌肉收缩,让翅膀拍打起来。通过改变电场的强度或频率,可以使飞行机器人以不同的强度和频率拍打翅膀。研究人员编写的程序可阐明机器人实时视频所传达的信息,还可以指挥翅膀何时扇动。

伍德和同事整整花了十年,才让一个机器人飞起来。伍德说,去年夏天的一个晚上,在凌晨3点的时候,他的一个学生发邮件给他,告诉他“一个超酷的视频”。讲的是一个机器人起飞,盘旋和短暂的飞行过程。自那以后,研究者们就制作了无数个原型,不断地对它们进行改进和测试。

性能最好的飞行机器人翅膀,一秒钟内可拍打120次,几乎就像真的苍蝇一样。机器人大约需要19豪瓦特的能量,相当于同等大小昆虫飞行时消耗的能量。研究者表示,在机器人坠落之前,它可以盘旋,定点前进后退,在空中停留20多秒。

伍德指出,其主要局限是:这些机器人没有附带的动力装置、传感器和控制器,所以它们总要进行充电。迪金森还指出,与真正的苍蝇相比,机器人翅膀的扇动还不够复杂精细。

“这是一个令人激动的进步,”迪金森说,“但是它也表明,在工程师们造出真正的自主飞行机器人之前,还有很长的路要走。”(想要对微型飞行机器人了解更多,请阅读《环球科学》2012年第4期《机器蜜蜂的群体智慧》一文)

(环球科学 蒋泱帅)

图为机器苍蝇



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