哈佛大學發明首款通過柔性人造肌肉實現受控飛行的微型機器人RoboBee

哈佛的RoboBee項目多年來一直處於微型機器人技術的最前沿。不斷髮展的技術使得微型機器可以完成飛行、游泳、懸停並擺脫其繫繩等。在一項新的發展中,

RoboBee已成為第一臺使用柔性執行器(使機器運動的人造肌肉)實現受控飛行的微型機器人。

哈佛大学发明首款通过柔性人造肌肉实现受控飞行的微型机器人RoboBee

柔性執行器的主要優點是提高了回彈力-由於重量輕,微型機器人已經具有優勢。RoboBee擁有柔軟的人造肌肉,可以避免在撞入牆壁,掉落到地板或撞到其他RoboBees時受到損壞。

然而困難在於使柔性執行器功能強大到足以實現飛行,同時又為微型機器人提供了足夠的控制以使其能夠懸停。哈佛大學的柔性執行器技術被認為是率先實現這些突破的技術。

新的進展是哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)和Wyss生物啟發工程學院的研究人員合作的結果。研究人員利用現有的100毫克彈性體建立在現有的電柔性執行器技術的基礎上,這些彈性體在暴露於電場時會變形。通過在該電場中提高電極的電導率,研究人員能夠匹配微型機器人傳統上使用的剛性執行器的性能,從而實現600瓦/千克的功率密度。

哈佛大学发明首款通过柔性人造肌肉实现受控飞行的微型机器人RoboBee

此外,研究人員提高了穩定性,建造了一個輕巧的機身,在微型機器人上安裝了線狀物,用於防止執行器彎曲-這是此前的柔性人造肌肉無法做到的。

研究人員在兩翼和四翼RoboBee中展示了該技術。兩翼變體可以從地面起飛,而帶有兩個執行器的四翼模型可以繼續飛行,儘管在有障礙物的環境中承受了幾次碰撞。他們甚至飛行了兩個四翼模型,以證明它們在相互碰撞後仍可以繼續飛行。他們還使用四個執行器建立了八翼模型。

RoboBee的這些柔性執行器版本目前在飛行中被束縛,通過額外放大器提供電源,並通過外部運動捕捉設置進行導航。研究人員希望該技術可以在搜索和救援中得到應用,從而可能使機器人實際上飛入瓦礫和狹窄的空間。

他們表示,柔性執行器易於組裝和更換,但下一個挑戰是提高其效率,這是具有剛性執行器的典型微型機器人所無法實現的。如果能達到效率,那麼根據高級研究作者Robert Wood的說法,“天空是我們可以製造機器人的極限。” 還有一個棘手的問題,就是繫繩需要再次取消。

該小組的研究論文《由柔性人造肌肉驅動的微型機器人的受控飛行》已發表在《自然》雜誌上。


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