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比无人机更具优势的蜂鸟机器人,搜索救援好帮手

比无人机更具优势的蜂鸟机器人,搜索救援好帮手

什么能像鸟一样飞翔,像昆虫一样盘旋?

答案是蜂鸟。如果无人机具有这种组合,它们将能够穿过倒塌的建筑物和其他杂乱的空间,受到更好地操纵,以找到被困的受害者。

飞行机器人

普渡大学的研究人员设计了类似蜂鸟的飞行机器人,这些机器人基于鸟类与生俱来的各种技术,通过机器学习算法进行训练。

这意味着在从模拟中学习之后,机器人学会如何像蜂鸟一样自行移动,例如辨别何时执行逃生机动。

人工智能与灵活的扑翼相结合,也让机器人能够自学新技巧。例如,即使机器人看不到,它也能通过触摸表面来感知。每次触摸都会改变电流,研究人员意识到他们可以跟踪电流。

普渡大学机械工程副教授Xinyan Deng表示,“机器人基本上可以在不看周围环境的情况下创建地图。这可能对机器人在黑暗的地方寻找受害者的情况有所帮助,这意味着当我们给机器人提供能力时,可以减少一个传感器。”

研究人员将于5月20日在2019年IEEE机器人与自动化国际会议上展示他们的作品。

由于传统空气动力学的工作方式,无人机不能无限制缩小。他们无法产生足够的升力来支撑他们的体重。

但蜂鸟并不使用传统的空气动力学,它们的翅膀具有弹性。Deng表示,“物理学本质上是不同的;空气动力学本质上是不稳定的,具有高迎角和高升力。这使得小型飞行动物能够存在,并且我们也可以缩小扑翼机器人。”

解码蜂鸟

研究人员多年来一直试图解码蜂鸟飞行,这样机器人就可以在大型飞机无法进入的地方飞行。2011年,由美国国防部DARPA委托的AeroVironment公司制造了一种机器人蜂鸟,它比真实的蜂鸟重,但速度不快,具有类似直升机的飞行控制和有限的机动性。它需要一个人一直都在遥控器后面监控。

Deng的小组和她的合作者在蒙大拿州的多个夏天研究蜂鸟。他们记录了关键的蜂鸟动作,例如快速转动180度,并将它们转换为机器人在连接到模拟时可以学习的计算机算法。

比无人机更具优势的蜂鸟机器人,搜索救援好帮手

对昆虫和蜂鸟物理学的进一步研究使普渡大学的研究人员能够制造出比蜂鸟更小的机器人,甚至像昆虫一样小,而且不会影响它们飞行的方式。尺寸越小,机翼拍打频率越大,飞行效率越高。

这些机器人拥有3D打印的机身,由碳纤维和激光切割膜制成的机翼。研究人员建造了一个重12克的蜂鸟机器人和另一个重1克的昆虫大小的机器人。蜂鸟机器人可以举起超过自重的重量,高达27克。

设计具有更高升力的机器人为研究人员提供了更多的摆动空间,最终可以添加电池和传感技术,例如相机或GPS。目前,机器人在飞行时需要被束缚在能量源上,但这种情况不会持续太长时间。

机器人可以像真正的蜂鸟一样安静地飞行,使它们更适合秘密行动。机器人只需要两个电机,可以独立控制每个机翼,这就是飞行动物在自然界中进行高度敏捷操作的方式。

实际的蜂鸟有多组肌肉可以做动力和转向,但是机器人应该尽可能轻,这样就能以最小的重量获得最大的性能。

机器人蜂鸟不仅可以帮助进行搜索和救援任务,还可以反过来让生物学家通过真实机器人的感官更可靠地在自然环境中研究蜂鸟。

技术模拟:
github.com/purdue-biorobotics/flappy

作品视频:
youtu.be/jhl892dHqfA

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