蜜蜂？不，是四个翅膀的微型机器人

2019-05-17 11:46

对一些人来说，微型昆虫机器人似乎只不过是有趣的、古怪的小玩意儿，但是这些网络生物在搜索和救援、农业和危险检测等领域的潜力是巨大的。

但这些机器人在电源，传感器，控制和稳定性在微观尺度上都存在着问题。美国南加州大学的研究人员正在从昆虫身上汲取灵感，研发Bee+机器人，致力于解决稳定性的问题。

蜜蜂？不，是四个翅膀的微型机器人

微型昆虫状的飞行机器人已经出现在人们视野里很长一段时间了。例如，2007年由美国国防部高级研究计划局资助的机器人Fly只能做到上下浮动。

2008年，仅重3克的Delfly Micro被《吉尼斯世界纪录大全》宣布为“世界上最小的配备相机的飞行器”。但当哈佛大学研发的80毫克的机器人在2013年首次飞行时，它让Delfly Micro看起来像一只口袋里装着砖头的信天翁。

在本月提交给IEEE机器人和自动化信函的Bee+项目中，南加州大学研究团队对机器蜜蜂的格式进行了扩展。

哈佛大学的机器人因为只有一对翅膀而限制了它的机动性，这使得飞行控制变得困难，飞行稳定性也有些波动。有了一对机翼（每个机翼由一个微小的25毫克的压电驱动器控制），机器人的操作员可以控制滚转、俯仰和推动，但不会使机器人偏离航线。

蜜蜂？不，是四个翅膀的微型机器人

南加州大学的研究小组观察到，为了能够增加偏航控制，蜜蜂+确实需要四个翅膀，就像真正的昆虫一样，但这有可能增加机器人的重量。机器人身上的执行器已经占到了80毫克总量的50毫克，再加上两个会使这个微型机器人太重而不能飞行。

所以，南加州大学的团队制造了更轻、更好的执行器。哈佛RoboBee使用的是由三层组成的双模驱动器。两个外层压电层通过信号交替收缩，这反过来又使内层前后弯曲，从而像昆虫的翅膀一样拍打它。

相反，南加州大学的团队创造了unimorph执行器。这些装置只使用了一条压电材料就可以使得无源层来回移动。由此带来的飞行控制改进意味着Bee+能够沿着一条路径飞行并避开障碍物，因为这些unimorph执行器更简单，它们的制造成本也更低。

事实上，unimorph执行器的重量只有双形态版本的一半，这意味着即使有四个33毫米长的翅膀，Bee+的重量也只有95毫克。而且由于整个机器人的负载分布在四个翅膀上，而不是两个，Bee+的耐用性和预期寿命预计将远远超过其他两翼机器人。

然而，微型飞行器的未来之路仍然是十分艰难的。Bee+的重量是大黄蜂的10倍左右，机载电源和微电路的问题仍然需要解决，需要许多不同学科的技能。

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