本文轉(zhuǎn)摘于機(jī)器人網(wǎng):
跟昆蟲大小相仿的飛行機(jī)器人可以完成一些比較耗時(shí)的任務(wù),例如監(jiān)測(cè)大型農(nóng)場(chǎng)的作物生長(zhǎng)或嗅探氣體泄漏。由于體型太小,這些機(jī)器人不能使用螺旋槳,只能拍打微小的翅膀飛行。但體型小的優(yōu)勢(shì)在于,這些機(jī)器人制造成本低廉,并且能輕易飛入大型無人機(jī)無法進(jìn)入的狹窄地方。
但目前的微型飛行機(jī)器人必須通過電線連接到電源,因?yàn)榻o它們提供電能以及控制它們翅膀的電子設(shè)備太重,無法隨身攜帶。RoboBee就是這樣一種通過拍動(dòng)“翅膀”飛行的微型機(jī)器人,它也需要系繩。
而現(xiàn)在華盛頓大學(xué)的工程師已經(jīng)開發(fā)出了RoboFly,這是一款無需系繩就能飛行的微型機(jī)器人,重量?jī)H相當(dāng)于一根牙簽。該團(tuán)隊(duì)的一名成員、助理教授Sawyer Fuller曾是哈佛大學(xué)首批創(chuàng)建RoboBee團(tuán)隊(duì)的成員之一。他們?cè)赗oboBee的基礎(chǔ)上首次切斷了電源線,并給它增加了一個(gè)大腦。這也許是機(jī)器人領(lǐng)域的一小步,但卻是飛行機(jī)器人的一大步。研究團(tuán)隊(duì)將于5月23日在澳大利亞布里斯班舉辦的機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議上發(fā)表其研究成果。
Sawyer Fuller表示,“此前,昆蟲大小的無線飛行機(jī)器人只存在于科幻電影中,我們讓這一切變成現(xiàn)實(shí)呢?顯然,我們?nèi)碌臒o線RoboFly更接近現(xiàn)實(shí)生活!
其中的工程挑戰(zhàn)在于翅膀的扇動(dòng),這是一個(gè)非常耗電的過程。對(duì)于一個(gè)微型機(jī)器人來說,電池和控制器都太笨重。所以Fuller以前開發(fā)的飛行機(jī)器人RoboBee有一條系繩,它通過電線從地面獲得能量和接受控制。
但一個(gè)飛行機(jī)器人應(yīng)該能夠自己控制。Fuller及其團(tuán)隊(duì)決定采用狹窄不可見的激光束為機(jī)器人供電。他們將激光束指向一個(gè)附著在RoboFly上方的光伏電池,并將激光轉(zhuǎn)換為電力。
華盛頓大學(xué)Paul G. Allen計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院副教授、另一位研究人員Shyam Gollakota表示,“這是在不增加太多重量的情況下快速向RoboFly傳輸大量電力的最有效方式!
但是,激光本身并不能提供足夠的電壓來讓翅膀扇動(dòng)。因此,該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)電路,將光伏電池產(chǎn)生的七伏電壓提升到飛行所需的240伏電壓。
為了讓RoboFly能夠控制自己的翅膀,工程師提供了一個(gè)大腦:他們?cè)谕粋(gè)電路中增加了一個(gè)微控制器。
華盛頓大學(xué)電氣工程系博士研究生,另一名合作研究人員Vikram Iyer表示,“微控制器就像是真實(shí)蒼蠅的大腦一樣,告訴翅膀的肌肉何時(shí)發(fā)力。對(duì)于RoboFly而言,它會(huì)指揮翅膀‘現(xiàn)在努扇動(dòng)’或‘不要扇動(dòng)!
具體來說,控制器發(fā)送波形電壓來模仿真實(shí)昆蟲翅膀的扇動(dòng)。
第一作者、機(jī)械工程博士研究生Johannes James表示,“它使用脈沖來產(chǎn)生波形。為了讓翅膀快速地向前擺動(dòng),它會(huì)連續(xù)快速地發(fā)射一系列脈沖,然后在接近波的頂部時(shí)減慢脈沖。然后反過來,使翅膀在另一個(gè)方向上平滑地?cái)[動(dòng)。”
目前,RoboFly還只能起飛和降落。一旦其電池不在激光的直射范圍內(nèi),機(jī)器人就會(huì)逐漸耗盡電力并著陸。但是該團(tuán)隊(duì)希望很快能夠引導(dǎo)激光,使RoboFly能夠盤旋并飛得更遠(yuǎn)。
Gollakota稱,雖然RoboFly目前由激光束供電,但未來的版本可能使用微型電池或從無線電頻率信號(hào)中獲得店里。這樣,它們的電源就可以根據(jù)特定的任務(wù)進(jìn)行修改。
Fuller說,未來RoboFly還可能會(huì)有更先進(jìn)的大腦和傳感器系統(tǒng),幫助機(jī)器人自行導(dǎo)航和完成任務(wù)。
他還表示,“我真的很想制造一個(gè)發(fā)現(xiàn)甲烷泄露的產(chǎn)品。你可以買一個(gè)裝滿他們的手提箱,打開它,他們會(huì)在你的大樓周圍飛行,尋找從漏氣管里冒出來的氣體。如果這些機(jī)器人能夠很容易地發(fā)現(xiàn)泄漏,它們將更有可能被修補(bǔ),這將減少溫室氣體排放。這是由真正的蒼蠅啟發(fā)的,它們真的擅長(zhǎng)四處尋找有氣味的東西。所以我們認(rèn)為這是RoboFly的一個(gè)很好的應(yīng)用!