【中國傳動(dòng)網(wǎng) 技術(shù)前沿】 由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)微型飛行器實(shí)驗(yàn)室(MAVLab)的研究人員開發(fā)的一種以昆蟲為靈感的新型飛行機(jī)器人發(fā)表在《科學(xué)》雜志(2018年9月14日)上。

微型撲翼機(jī)器人模仿昆蟲飛行最高時(shí)速可達(dá)25公里

與瓦格寧根大學(xué)和研究中心合作進(jìn)行的首次自主、靈活和自由飛行的撲翼機(jī)器人實(shí)驗(yàn)，提高了我們對果蠅如何控制攻擊性逃跑動(dòng)作的理解。

除了在昆蟲飛行研究方面的進(jìn)一步潛力外，該機(jī)器人出色的飛行質(zhì)量也為無人機(jī)的應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域。

飛行的動(dòng)物通過拍打翅膀來控制飛行。

這使得小的自然飛行者，如昆蟲，可以在花朵附近盤旋，但也可以迅速逃離危險(xiǎn)，這是每個(gè)人在試圖拍打蒼蠅時(shí)都看到過的。

動(dòng)物飛行一直吸引著生物學(xué)家的注意，他們不僅研究它們復(fù)雜的翅膀運(yùn)動(dòng)模式和空氣動(dòng)力學(xué)，還研究它們在這種靈活機(jī)動(dòng)過程中的感覺和神經(jīng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

最近，飛行動(dòng)物也成為機(jī)器人研究人員的靈感來源，他們試圖開發(fā)輕巧的飛行機(jī)器人，靈活、節(jié)能，甚至可以擴(kuò)展到昆蟲的大小。

新型高度靈活的飛行機(jī)器人

代爾夫特理工大學(xué)的MAVLab研究人員開發(fā)出了一種新型昆蟲飛行機(jī)器人;迄今為止，其性能無與倫比，但卻是一個(gè)簡單和易于生產(chǎn)的設(shè)計(jì)。

與飛行昆蟲一樣，機(jī)器人的翅膀每秒拍動(dòng)17次，不僅產(chǎn)生了保持空中飛行所需的升力，還通過機(jī)翼運(yùn)動(dòng)的微小調(diào)整來控制飛行。

受果蠅的啟發(fā)，這種機(jī)器人的控制機(jī)制已經(jīng)被證明是非常有效的，它不僅可以在原地懸停，朝任何方向飛行，而且非常靈活。

“這款機(jī)器人最高時(shí)速可達(dá)25公里/小時(shí)，它甚至可以進(jìn)行360度的翻轉(zhuǎn)等攻擊性動(dòng)作，就像繞圈和滾桶一樣?！?/p>

Karasek，該研究的第一作者，該機(jī)器人的主要設(shè)計(jì)師說道。

“此外，33厘米的翼展和29克重的機(jī)器人，以其大小和卓越的功率效率，允許在充滿電的電池下飛行5分鐘或超過1公里?！?/p>

果蠅逃跑演習(xí)研究

除了是一種新型的自主微型無人機(jī)，這種機(jī)器人的飛行性能，加上它的可編程性，也使得它非常適合研究昆蟲飛行。

為此，代爾夫特理工大學(xué)與瓦格寧根大學(xué)進(jìn)行了合作。

“當(dāng)我第一次看到這個(gè)機(jī)器人飛行的時(shí)候，我驚訝地發(fā)現(xiàn)它的飛行和昆蟲的飛行非常相似，尤其是在操縱的時(shí)候?！?/p>

來自瓦格寧根大學(xué)和研究學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)小組的弗洛里安·繆杰斯(FlorianMuijres)教授說:“我立刻認(rèn)為我們可以用它來研究昆蟲的飛行控制和動(dòng)力學(xué)?！?/p>

由于Muijres教授之前在果蠅上的工作，研究小組決定對機(jī)器人進(jìn)行編程，模擬這些昆蟲在高敏捷度的逃跑動(dòng)作中所假設(shè)的控制動(dòng)作，比如我們試圖打它們時(shí)所使用的動(dòng)作。

機(jī)器人的動(dòng)作與果蠅的動(dòng)作非常相似。該機(jī)器人甚至還能演示果蠅如何控制轉(zhuǎn)彎角度以最大化它們的逃跑性能。

“與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不同的是，我們完全可以控制機(jī)器人‘大腦’的活動(dòng)?！?/p>

Karásek說:“這讓我們能夠識別和描述一種新的被動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)制，這種機(jī)制可以幫助蒼蠅，也可能是其他的飛行動(dòng)物，在快速傾斜轉(zhuǎn)彎的過程中控制它們的方向。”

未來應(yīng)用的潛力

在DelFly項(xiàng)目中，MAVLab已經(jīng)開發(fā)了10多年以昆蟲為靈感的飛行機(jī)器人。

MAVLab的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)者GuidodeCroon教授說:“受昆蟲啟發(fā)的無人機(jī)具有很高的應(yīng)用潛力，因?yàn)樗鼈冎亓枯p，在人類周圍安全，而且比傳統(tǒng)的無人機(jī)設(shè)計(jì)更有效率，尤其是在更小的尺度上?！?/p>

然而，直到現(xiàn)在，這些飛行機(jī)器人還沒有意識到這種潛力，因?yàn)樗鼈円床粔蜢`活——比如我們的DelFlyII——要么需要一個(gè)過于復(fù)雜的制造過程。

在這項(xiàng)研究中，名為DelFlyclever的機(jī)器人建立在已有的制造方法上，使用現(xiàn)成的部件，它的飛行耐力足夠長，值得實(shí)際應(yīng)用。

DelFlyNimble項(xiàng)目將在TTW項(xiàng)目中得到進(jìn)一步發(fā)展，其目的是“像蜜蜂一樣敏捷”，是代爾夫特理工大學(xué)和瓦格寧根大學(xué)的合作項(xiàng)目，由荷蘭科學(xué)基金會NWO資助。