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飞累了迷你飞行机器人能在窗户上停歇

2019-03-10 10:38:51

通过停靠在树叶或墙壁上,一种新型微型飞行器能够节约可观的能量

作者:Larry Greenemeier

日期:2016年5月19日

这种像昆虫的微型飞行器(microaerial vehicle ,MAV)会产生静电以依附在物体表面,这和气球表面的静电原理相同。(图片来源:Carla Schaffer/AAAS)

停靠在某处对于鸟类和蜜蜂来说是很容易的,但创造出一种能够停靠于墙壁、树枝或其它表面并能再次起飞的微型飞行器却是一件十分复杂的事。这种微型飞行器先前采用钉子和磁力起落设备,重新起飞需要花费很多宝贵的能量。但来自哈佛大学、麻省理工学院和一些其它机构的研究人员创造了一种极小的装有翅膀的机器人,它盘状的头部可以利用静电黏附在大部分表面上,就像摩擦气球然后让它黏附在墙上一样。

这种具有“电粘性”(electroadhesive)的微型飞行器通过在其头部和表面之间产生静电引力悬挂在木面、玻璃和树叶下方。研究人员在周四发表在《科学》(Science)的一篇论文中表明,维持静电引力的能量比支持微型飞行器飞行同样时间的能量少三个数量级。这篇论文的合著者,麻省理工学院的机械工程博士生Moritz Alexander Graule说:“飞行器越小,电量不足的问题就越严重。”

这种飞行器可以悬挂在物体下方,有利于它观察下方的情况,并更好地适应极端天气。Graule解释说,这种静电方法通过改变物体表面的电荷分布来使微型飞行器附着在物体上。当所黏附的是光滑表面时,这种方法实现得最好。因此,比起粗糙或多孔的表面,微型飞行器能更好地黏附窗户等表面上。这种微型飞行器的电黏着能力并不是特别强,也就意味着,飞行器必须很轻——在84毫克左右,比一只蜜蜂还要轻。为了重新起飞,飞行器将头部的环形铜电极断电,并重启翅膀。

其它仍处于研发阶段的迷你飞行器使用的是更机械化的方式来着陆。比如,据伦敦帝国理工学院航空系的教授Mirko Kovac表示,斯坦福大学的攀附性无人驾驶飞行器(scansorial unmanned aerial vehicle)用内置的传感器探测墙壁,然后利用腿部的微型尖刺降着陆并依附。Kovac于本周发表在《科学》上的文章分析了微型飞行器的最新进展。他说,他们还在考虑其它的节能方法,比如利用风力减轻飞行的耗电量,

飞累了迷你飞行机器人能在窗户上停歇

或者想办法在飞行途中让小一些的飞行器依附在大一些的上面,好让飞行器利用相同的能量飞行更远的距离。

对研究人员来说,剩下的巨大挑战之一是将电池和微处理器整合进来,使他们的微型飞行器更加自动化。现在,电能和外部传感器的数据通过外接的电线传递给飞行器,飞行器飞行时,通过这些数据判断所处的方位。但是,研究人员想研发电池供电的版本,使飞行器在无外接电线的情况下,仅依靠足够的机载电能和自身的智能功能就可以实现飞行。他们还考虑让飞行器粘附在垂直表面。为了粘附在墙面上,微型飞行器不仅需要更强的粘附力,还需要能够自动调整姿态,以防止翅膀干扰着陆。

这个项目的主要投资人,哈佛大学工程与应用科学教授Robert Wood认为,要让这样的飞行器走出实验室可能还需要一两年,而要更广泛的发展和应用它还需要十年。“这种微型无人机适用于各种低成本且不方便布置传感器的场合,比如搜查、营救和探测危险环境等不适合人类参与的场合。” Wood说道。他还表示,从无到有地研发出这种微型飞行器会需要许多问题,如果解决了这些问题,这项研究将会很快有进展。目前,为了研发出一种装有传感器的微型外科手术工具,Wood和他的同事正在用微加工技术(micro fabrication)打造他们的微型飞行器。

(翻译:吴苏栗校审:赵昌昊)

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