工程师们创造了第一个无线飞行机器人昆虫

2019-10-15 08:30:37

昆虫大小的飞行机器人可以帮助完成耗时的任务,例如调查大型农场的农作物生长或嗅探天然气泄漏。这些机器人会飞动微小的翅膀,因为它们太小了,无法使用螺旋桨,就像在大型无人机表亲上看到的那样。小尺寸是有利的:这些机器人造价低廉,可以轻松滑入大型无人机无法进入的狭窄地方。

但是目前飞行中的机器人昆虫仍然被束缚在地面上。他们需要动力和控制其机翼的电子设备太重,无法携带这些微型机器人。

现在,华盛顿大学的工程师第一次切断了绳索并增加了大脑,从而使他们的RoboFly能够进行其第一个独立的襟翼。对于机器人来说,这可能是一个小翻板,但是对于机器人而言,这是一次巨大的飞跃。该小组将于5月23日在澳大利亚布里斯班举行的机器人与自动化国际会议上发表其发现。

RoboFly比牙签稍重,并由激光束驱动。它使用一个微小的机载电路,将激光能量转换成足够的电能来操作其机翼。

“在此之前,无线昆虫大小的飞行机器人的概念是科幻小说。我们是否能够在不需要电线的情况下使它们工作?” 华盛顿大学机械工程系助理教授索耶·富勒(Sawyer Fuller)说。“我们的新型无线RoboFly表明它们与现实生活更加接近。”

工程挑战是扑朔迷离。机翼拍打是一个非常耗电的过程,电源和控制机翼的控制器都太大而笨重,无法乘坐微型机器人。因此,富勒以前的机器人昆虫RoboBee带有皮带-它通过地面上的电线获得电源并进行控制。

但是飞行机器人应该能够自己操作。富勒(Fuller)和团队决定使用狭窄的隐形激光束为机器人供电。他们将激光束对准光伏电池,该光伏电池附着在RoboFly上方,并将激光转换为电能。

密西根大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院的副教授Shyam Gollakota说:“这是在不增加重量的情况下快速向RoboFly传输大量功率的最有效方法。”

但是,仅靠激光器本身并不能提供足够的电压来移动机翼。这就是为什么该团队设计了一个电路,该电路将来自光伏电池的7伏特升压到飞行所需的240伏特。

为了让RoboFly能够控制自己的机翼,工程师提供了一个大脑:他们在同一电路中添加了微控制器。

威斯康星大学电气工程系的博士生Vikram Iyer说:“微控制器的作用就像一个真正的苍蝇的大脑,告诉翅膀什么时候开火。” “在RoboFly上,它告诉机翼类似'现在扑腾'或'不要扑腾'之类的东西。”

具体来说,控制器以波浪形式发送电压,以模仿真实昆虫翅膀的颤动。

主要作者和机械工程博士学位的学生约翰尼斯·詹姆斯说:“它利用脉冲来塑造波形。” “要使机翼迅速向前拍动,它会快速连续发出一系列脉冲,然后在靠近波峰时减慢脉动。然后反向执行此操作,以使机翼在另一波中平稳拍动。方向。”

目前,RoboFly只能起降。一旦其光伏电池不在激光的视线范围之内,机器人就会用尽电力并着陆。但是该团队希望尽快能够操纵激光,以便RoboFly可以悬停并飞行。

Gollakota说,虽然RoboFly目前由激光束供电,但未来的版本可能会使用微型电池或从射频信号中收集能量。这样,可以针对特定任务修改其电源。

富勒说,未来的RoboFlies还可以期待更先进的大脑和传感器系统,它们可以帮助机器人自行导航和完成任务。

他说:“我真的很想制造一个发现甲烷泄漏的产品。” “您可以购买装满它们的手提箱,打开它,然后它们会在您的建筑物中飞来寻找从泄漏的管道中冒出的烟气。如果这些机器人可以轻松地发现泄漏,它们将更有可能被修补,这将减少温室气体排放。这是受真正的苍蝇启发的,这些苍蝇真的很擅长四处寻找臭味的东西。因此,我们认为这对RoboFly是一个很好的应用。”

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