微小的突破性的Robobee首次进行了单飞

2019-10-10 10:51:26

在8月下旬的傍晚在哈佛大学的微型机器人实验室,数十年来的研究最终在紧张的时刻达到了顶峰,微小的突破性的Robobee首次进行了单飞。

哈佛大学约翰·鲍尔森工程与应用科学学院(SEAS),艺术与科学研究生院和Wyss生物启发工程学院的研究生Elizabeth Elizabeth Farrell Helbling,博士'19和博士后Noah T. Jafferis镜头上的瞬间。

在这个项目上工作了六年的Helbling倒数了。

“三,二,一去。”

明亮的卤素灯亮起,太阳能Robobee升空。令人恐惧的是,这个微型机器人仍然没有机载转向和控制,却朝着灯光照看。

在镜头下,Helbling喊道并切断了电源。Robobee被凯夫拉(Kevlar)安全带束缚住了。

Helbling笑着说:“那真的离我很近。”

贾弗里斯(Jafferis)参与了该项目已有大约六年的时间,他在记录测试的高速相机监视器上兴奋地回应道:“它上升了。”

如此一来,哈佛大学的Robobee达到了其最新的主要里程碑-成为有史以来最轻的飞行器,可实现持续的不受限制的飞行。

SEAS的查尔斯·里弗(Charles River)工程与应用科学教授,威斯学院(Wyss Institute)核心教员,罗伯(Robobee)项目的首席研究员罗伯特·伍德(Robert Wood)说:“这是数十年来的结果。” “为飞行提供动力是Catch-22的目标,因为在小规模的飞行中固有的效率低下,质量和功率之间的权衡变得极为棘手。即使是最小的商用电池,重量也比机器人重得多。这也无济于事。通过提高车辆效率,创建极其轻巧的电源电路以及集成高效太阳能电池,制定了应对这一挑战的策略。”

里程碑在《自然》中进行了描述。

为了实现不受限制的飞行,Robobee的最新迭代进行了几项重要更改,包括增加了第二对机翼。

“从两个到四个机翼的变化,以及对致动器和传动比的可见变化更少,使车辆更加高效,赋予其更大的升力,并使我们能够将所需的所有东西放在车上而无需使用更多的动力,”他说。 Jafferis。

(在《星球大战》中的四翼星空战斗机之后,增加机翼也为Robobee赢得了X翼的绰号。)

这项额外的举升不需要任何额外的动力,就可以让研究人员切断电源线(这使Robobee保持了近十年的束缚),并将太阳能电池和电子面板固定在车辆上。

太阳能电池是市面上最小的,每个太阳能电池重10毫克,当太阳处于全强度时,每毫克功率可得到0.76毫瓦。Robobee X翼需要大约三颗地球太阳的力量才能飞行,因此目前无法进行室外飞行。相反,研究人员使用卤素灯模拟了实验室中的日照水平。

太阳能电池与蜜蜂下方的电子面板相连,该面板将太阳能电池阵列的低压信号转换为控制执行器所需的高压驱动信号。太阳能电池位于机翼上方约三厘米处,以避免干扰。

总而言之,带有太阳能电池和电子设备的最终车辆重量为259毫克(约等于回形针的四分之一),消耗的功率约为120毫瓦,这比点亮一根灯串上的单个灯泡要少。 LED圣诞灯。

Helbling说:“当你在电影中看到工程学时,如果某事不起作用,人们会一两次破解它,然后突然起作用。真正的科学并非如此。” “我们以各种方式破解了这个问题,最终实现了我们所做的事情。最后,这非常令人兴奋。”

研究人员将继续努力,以降低功率并增加机载控制装置,以使Robobee能够向外飞行。

“在该项目的整个生命周期中,我们已经顺序开发了解决难题的解决方案,例如如何在毫米级上构建复杂的设备,如何创建高性能的毫米级人造肌肉,具有生物启发性的设计,新颖的传感器以及飞行控制策略,伍德说。“现在电源解决方案正在出现,下一步就是板上控制。除了这些机器人之外,我们很高兴这些基础技术正在其他领域找到应用,例如微创手术设备,可穿戴传感器,辅助机器人和触觉通信设备。 -仅举几例。”

哈佛大学已开发出与毫米级设备制造工艺相关的知识产权(IP)产品组合。该IP以及相关技术可应用于微型机器人,医疗设备,消费电子产品以及各种复杂的机电系统。哈佛大学技术发展办公室正在探索在这些领域产生商业影响的机会。

这项研究由Michael Karpelson合着。它得到了美国国家科学基金会和海军研究办公室的支持。

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