MIT重新设计的昆虫大小的机器人振翅飞行时间延长100倍
受不起眼的蜜蜂启发,麻省理工学院(MIT)的机器人研究人员设计出了昆虫大小的空中机器人,其翅膀系统经过重新设计,可飞行长达1000秒,比我们过去看到的任何类似机器人都要长100倍。
这些机器人的重量不到一克,它们的翅膀可以拍打,不仅可以延长飞行时间,还能提高灵活性--足以在空中翻筋斗和描画无穷大符号。它们的平均速度为每秒11.8英寸(30厘米/秒),比果蝇还快。
这种微型机器人之所以意义重大,是因为它可以为多层仓库中的植物人工授粉提供一种精确的方法,从而实现在室内大规模种植水果和蔬菜,并减少对广阔农田的需求。
在过去几年里,由于杀虫剂的恶劣影响和栖息地的丧失,全世界甚至数十亿蜜蜂减少了数百万甚至数十亿。今年进行的一项最新调查显示,美国200多名商业养蜂人报告其蜜蜂数量的平均损失超过50%,估计经济影响超过1.39亿美元。
那么,怎样才能制造出更好的蜜蜂机器人呢?以前的设计有八个翅膀,每两个一组。结果发现,这些机翼的排列方式导致它们在扇动时相互吹气,从而降低了升力。
研究小组更新了方法,将翅膀的数量从八个减少到四个。这不仅稳定了机翼,提高了它们将子程序机器人托离地面的能力,还为更多的电子元件腾出了空间。
机翼与精确装配的致动器相连,这些致动器就像人造肌肉一样产生能量,使机翼扇动起来
这些翅膀使用的软致动器由多层弹性体夹在薄碳纳米管电极之间制成,碳纳米管电极被卷成圆筒状--这是一种人造肌肉。当这些肌肉快速压缩和伸长时,就会产生机械力,使翅膀扇动。
每个机器人可容纳在1.575英寸见方的区域内,只有四只翅膀,而不是以前微型机器人设计中常见的八只。
经过改进的设计可确保这些人造肌肉在高频率运动时承受较小的压力。此外,铰链也加长了,能更好地承受拍打翅膀带来的压力。每个机器人可放置在4厘米x4厘米(1.575x1.575英寸)见方的空间内。
经过重新设计的微型机器人已经能够翻筋斗和进行精确的轨迹跟踪,比如在多重曝光镜头中看到的字母M-I-T
这些变化使微型机器人能够一次飞行长达17分钟,同时移动速度比以往任何设计都要快,并能完成身体翻滚和双空翻。这意味着它们可以有效地覆盖预定的飞行路线,并做出精确的机动动作。
这些机器人有朝一日能帮助完成传统上由蜜蜂完成的为植物授粉以培育水果和蔬菜的任务
研究人员认为,这些微型飞行器还有进一步改进的空间:利用新设计将飞行时间延长至10000秒;在减少机翼数量后腾出的空间中安装电池和传感器;提高飞行精度,使它们能从花朵中心起降。这样就能在实验室外实现一系列应用,包括在垂直农场中进行机械授粉。
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