刷屏多年的RoboBee又來了！
近日，SEAS和Wyss生物啟發(fā)工程研究所的研究人員開發(fā)了一種具有彈性的RoboBee，該RoboBee由柔軟的人造肌肉驅(qū)動，可以撞擊到墻壁，掉落在地板上并與其他RoboBees碰撞而不會受到破壞。研究人員說，這是第一款由軟執(zhí)行器驅(qū)動的微型機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)受控飛行。
這項研究發(fā)表在《自然》上，論文的第一作者SEAS的前研究生、博士后研究員陳宇峰說：“在微型機(jī)器人領(lǐng)域，它們具有很高的彈性，已經(jīng)使移動機(jī)器人擺脫了軟致動器的推動?！?“但是，該領(lǐng)域的許多人一直懷疑它們是否可以用于飛行機(jī)器人，因為這些執(zhí)行器的功率密度根本不夠高，而且難以控制。我們的執(zhí)行器具有足夠高的功率密度和可控性，可以實現(xiàn)懸停飛行?！?/p>
該論文由趙慧燦、毛捷、Pakpong Chirarattananon、Nak-seung、Patrick Hyun和David Clarke合著。它得到了美國國家科學(xué)基金會的部分支持。
細(xì)數(shù)歷代RoboBee的弊端
2012年，哈佛大學(xué)教授Robert Wood團(tuán)隊所研發(fā)的第一代RoboBee問世，只有86毫克，比一只真正的蜜蜂還要輕。這款RoboBee堪稱當(dāng)時仿生機(jī)器人的得意之作，曾經(jīng)轟動一時。
但是，第一代RoboBee無法飛出實驗室，因為它還需要一根尾巴，即電纜，保持供電。
2018年，美國華盛頓大學(xué)的工程師在第一代RoboBee的基礎(chǔ)上，設(shè)計出的第二代飛行機(jī)器人 RoboFly ，首次切斷了束縛飛行機(jī)器人的電線，使飛行機(jī)器人獨(dú)立地振翅飛行。
RoboFly稍微比一根牙簽重一點點，由激光供電，將光能轉(zhuǎn)換為電能，RoboFly勉強(qiáng)可以蹦跶一下，談不上實際的飛行。
一年后，第三代RoboBee X-Wing出現(xiàn)了，通過太陽供電實現(xiàn)自由飛行，從技術(shù)上來說，已經(jīng)是很大的進(jìn)步。然而，它的缺陷是需要3個太陽級別的光照來提供動力，因此只能依靠研究團(tuán)隊用來替代太陽的強(qiáng)光燈進(jìn)行活動，而無法在戶外運(yùn)行。
第四代RoboBee可隨意更換“翅膀”
第四代RoboBee采用David Clarke教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗室開發(fā)的電動軟執(zhí)行器，采用可擴(kuò)展的Tarr系列材料，具有良好的絕緣性能和彈性，在施加電壓時會變形。
通過提高電極電導(dǎo)率，研究人員能夠以500赫茲的速度操作執(zhí)行器，這與以前在類似機(jī)器人中使用的剛性執(zhí)行器相當(dāng)。
處理軟執(zhí)行器時的另一個挑戰(zhàn)是系統(tǒng)趨于彎曲并變得不穩(wěn)定。為了解決這一挑戰(zhàn)，研究人員制造了帶有一條垂直約束線的輕型機(jī)身，以防止執(zhí)行器彎曲。
這些小型執(zhí)行器可以很容易地組裝和更換。為了演示各種飛行能力，研究人員構(gòu)建了幾種不同型號的軟性RoboBee。
兩翼的RoboBee可以從地面起飛，但沒有其他控制；四翼的RoboBee，兩個執(zhí)行器無人機(jī)可以在混亂的環(huán)境中飛行，一次飛行即可克服多次碰撞；八翼的RoboBee，四個執(zhí)行器模型展示了受控的懸停飛行。
SEAS的前研究生、論文的共同作者之一伊麗莎白·法雷爾·赫爾布林（Elizabeth Farrell Helbling）表示：“小型、低質(zhì)量的機(jī)器人的一個優(yōu)勢是它們具有抵御外部沖擊的能力?！?“軟執(zhí)行器提供了額外的好處，因為它比傳統(tǒng)的執(zhí)行策略可以更好地吸收沖擊。這將在潛在的應(yīng)用中派上用場，例如在瓦礫中飛行以進(jìn)行搜索和救援任務(wù)?！?/p>
接下來，研究人員的目標(biāo)是提高軟動力機(jī)器人的效率，該效率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于傳統(tǒng)的飛行機(jī)器人。
“具有肌肉樣特性和電激活功能的軟執(zhí)行器代表了機(jī)器人技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)，”羅伯特·伍德（Robert Wood）說，他是SEAS的工程與應(yīng)用科學(xué)教授，威斯生物啟發(fā)工程學(xué)院的核心教員，該研究的高級作者。“如果我們能夠設(shè)計出高性能的人造肌肉，那么天空就是我們可以制造的機(jī)器人的極限?！?/p>
哈佛大學(xué)技術(shù)發(fā)展辦公室已經(jīng)保護(hù)了與該項目有關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)，并正在探索商業(yè)化機(jī)會。