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它不是蜜蜂,是一只可以停在天花板上的间谍机器人!

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科幻电影中人们总担心机器人变得类人化会对人类造成影响。但在现实中,机器人却长得更像昆虫。哈佛大学的一个研究小组,基于模仿昆虫在天花板或墙壁降落时的动作,扩展了微型机器人飞行器的能力。

从间谍活动到科学研究,这种机器人应用范围相当广。其可黏附在天花板上进行监听任务,也可以让科学家们对探测器无法侦测的场景进行测量。

对于一般的无人驾驶飞机,盘旋同飞行消耗的能量大致相同。只要机器人还在空中飞行,它就会持续耗费能量,最终耗尽它容量极小的电池。

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仿蜂机器人如何着陆及停靠

在《科学期刊》上发表的一项新研究报告中,研究人员表示,如果一个微型机器人只是在短程中降落和着陆,可节省大量的能源。其原理类似于蜜蜂或蝴蝶在再次起飞前,在天花板上的着陆方式。

在尝试了许多不同的表面黏附剂后,科学家最终确定了一种静电材料和泡沫的独特组合,以创造一种新的嵌入式机器人着陆垫。

该团队创造了一个仿蜂微型飞行器(MAV)机器人并为其安装了静电板。静电板由碳纤维底座,铜电极和聚酰胺涂料制作而成。被安置在一个小的泡沫圆柱体上。当对其通电,静电板可将自身吸附到几乎任何有静电反应的材质表面(木材,玻璃,有机材料等)。所谓静电反应,就是你拿塑料球摩擦墙面或拿脚摩擦地毯时看到的现象。

这项新研究的合作者罗伯特·伍德,在一封给Mashable的电子邮件中提及:“我们所选的技术在地面或天花板上同样适用。但我们认为在物体边缘着陆更具挑战性,因为你必须有更强的黏附力来克服重力。”泡沫用来帮助缓冲落地。对于只有3厘米臂展的微型机器人,没有泡沫缓冲,可能就会从表面反弹回来。通过静电,研究人员显著扩大了机器人着陆的适用范围,包括了各种各样的材料和情况。

在测试过程中,机器人始终被链接在一个远程控制的静电板上,这使研究人员能够控制其供电效果,以及对其飞行行为电路进行一些预编程的设置(悬停,设定目标,分离和悬停)。

研究人员通过记录蜜蜂如何栖息,观察他们如何控制自己的速度以减速,并轻轻地着陆等行为,来设计微型机器人的飞行方式。

由此获得的着陆解决方案,允许机器人减速,直到它徘徊在着陆点正下方并缓慢上升,然后接触到着陆表面。接着通过通电的静电板,创造一个足以维持其黏附力的静电场使其黏附于物体表面。这个效果在切断电源后仍旧存在。

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研究人员是如何基于仿蜂机器人设计其着陆能力的。

只要静电版上有电,机器人就可以保持黏附。伍德说:“值得注意的是,黏附所需电量比飞行所需低好几个数量级。这也凸显了这种方法的优势之一。”

然而,使用静电以保持机器人的黏附效果会显著受到其自身重量的限制。据创立了微型机器人实验室的哈佛教授伍德说:“静电板可支持的重量同其板面面积成正比。但随着机器人尺寸减小,所需黏附面积(附着力)的增加比其重量增加更多。这即代表,这种方式只适合于小型系统。”

静电吸附并不是机器人学的新领域。

这项研究的另一合作者亚历山大·莫里茨说:“静电吸附本是爬壁机器人研究中频繁出现的项目。但事实证明这个项目具有其独特的吸引力。因为附着力可以随时打开关闭,且无需部件拆卸。这也意味着仿蜂机器人可以在没有任何着陆面限制的条件下着陆,停靠和起飞。

接下来会发生什么?

为什么要创造像昆虫一样,可以飞行,着陆并起飞的机器人?因为它可以做一些人做不到的事情,并有可能成为搜索和救援行动的重要组成部分。据伍德说:“基本上,其可以通过低成本的方式进行传感器的部署。对于某些困难或危险的情况,也可能非常有用。”

当然,它可能被当作一种非常方便的监控器来应用。仿虫机器人,由于其不使用发声马达,可在无人时悄悄地贴在天花板上,等到周围没有人后,再起飞。作为间谍工具,相当实用。

但目前为止,这仍然是具有众多挑战的一个研究项目。目前最需解决的就是链接在机器人身上的控制充电线,以及服务于微型机器人的集成动力系统和飞行控制技术。伍德说:“这些工作可能需要很多年,甚至多年之后这些仿虫机器人也可能不会大规模使用。但难保5到10年后,他们可能被更广泛的开发和利用。”

关键词

机器人  无人驾驶飞机  微型飞行器 

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