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个头小力量大:微型无人机操控比自身重40倍的物体

个头小力量大:微型无人机操控比自身重40倍的物体

受到自然工程学的启发,机器人研究人员展示了手掌大小的微型无人机是如何通过将自己固定在地面或墙壁上,拖动40倍于自身质量的物体。这也给我们以提示:小型无人机如何能以类似人类或大型机器人的方式更积极地操纵环境。

“这些无人机团队可以合作完成更复杂的操作任务,”斯坦福大学机械工程专业的博Matt Estrada表示,“我们展示了无人机如何打开一扇门,但这种方法可以延伸到转动球阀,移动一块碎片,或从灾区取回需要的物体。”

鸟类,蝙蝠和昆虫等有翼生物在飞行时只能举起自身重量约五倍的物体。但是斯坦福大学和瑞士洛桑联邦理工学院的Estrada和他的同事们正在寻找掠夺性黄蜂所采取的实际方法,这些黄蜂会落在地上,将更大的猎物拖回巢穴。最新一期的“Science Robotics”杂志详细介绍了该组织的机器人实验生物启发方法。

“FlyCroTug”无人机也代表了地面机器人的演变,这种机器人最初由David Christensen开发,他是该论文的合著者,目前在迪士尼研究院工作。通过定制的四旋翼无人机设计,该团队创造了微型飞行器,将空中机动性与基于地面锚固的更大拉力或推力结合在一起。

每个FlyCroTug无人机在长电缆的末端都有一个专用附件,可以支付,然后通过绞车拉回。这意味着无人机可以将电缆的一端连接到物体上,飞行,着陆,并在将重物拖向它们之前自行锚定。Estrada解释说,对于无人机来说,黄蜂每次通常只需要一小步就能完成一次巨大的飞跃。

基于斯坦福大学生物仿生学和灵巧操作实验室技术的锚定机制也从自然设计中获得灵感,能够附着在粗糙的灰泥或混凝土表面上的微粉末,以及粘性壁虎灵感带来的用于粘附在光滑玻璃上的粘合剂。

拥有可以探索狭窄空间并且仍然在其周围施加大量力量的微型无人机,为民用或军用场景中的搜索和救援应用开辟了许多新的可能性。例如,Estrada建议这种无人机可以作为第一响应者或军事人员的便携式工具,以部署传感器或将医疗用品运送到在远程位置的人。

在该团队的一项实验中,FlyCroTug无人机紧紧抓住悬臂,因为它拉起了一个电池供电的摄像头,对位于瑞士日内瓦以外的军事训练设施倒塌的建筑工地进行检查。

第二个开门场景需要两架FlyCroTug无人机之间的团队合作。第一架无人机用一个特殊的抓握装置抓住门把手,然后将自己固定在光滑的玻璃门上。第二个无人机在门插入了一个钩子然后抓住了附近的地毯,一旦把手转动,就把门打开了。

尽管听起来令人印象深刻,但FlyCroTug无人机仍然面临着严重的局限。他们目前的电池续航时间仅为五分钟,这严重限制了可以做的事情。复杂和未知的环境也可能需要许多版本的无人机,其具有不同的附件和用于各种表面的锚定机制。但后者可能不是问题,这种飞行机器人制造廉价,并且可以作为成群的一次性无人机部署。

研究人员尚未开发出这种无人机的传感能力或AI能力,即使是半独立运行,更不用说完全自动模式,无需人为控制。但Estrada认为,远程操作方法对于此类技术的近期部署最有意义,“人类可以直观地观察房间并预测哪些表面可能适合连接到可行路径。这肯定可以与一些低级别的自主权相结合,例如保持在一个位置或抓住一个手柄。”

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