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折叠原理受瓢虫启发,研发出一款飞行机器人

2020/4/23 20:26:32

韩国首尔国立大学软机器人研究中心研究人员受瓢虫启发,研发制造了一种机器人。瓢虫飞行时,其翅膀会在0.1秒内弹开,比眨眼之间快。一旦展开,这些机翼将保持张开状态,从而使它们能够快速拍打,而不会折叠或屈曲。

这些特性使五颜六色的小甲虫成为飞行机器人灵感的重要来源,韩国首尔国立大学软机器人研究中心主任Kyu-Jin Cho说。他和他的同事制造了一种机器人,该机器人使用一对翅膀打开飞行并像真正的瓢虫一样快速锁定。
他的团队设计的机翼在飞行过程中坚固,但一旦机器人降落,便可以像折纸一样折叠起来。这些轻巧紧凑的机翼可以使未来版本的机器人成为搜索、救援或侦察任务的理想之选。

瓢虫并不是不使用时唯一能使后翅紧紧折叠的昆虫。“但是与瓢虫的翅膀不同,它们的打开速度并不快,”昆虫迅速起飞的关键是其翅膀上的特殊静脉具有略微弯曲的形状,可以使它们在弯曲时存储弹性能量,然后在翅膀弹出时释放它。弯曲的静脉还可以使机翼在飞行中保持僵硬和稳定,这类似于卷尺在伸展时保持笔直。
他和他的同事们用人造塑料静脉建造了13英寸的织物机翼,并将它们附着在以前设计用来跳跃或爬行的机器人昆虫上。静脉可以在116毫秒内展开,并且可以承受自身重量的150倍而不会弯曲。
Cho说:“由于弯曲的形状,它在展开时自然会锁定,因此它可以承受非常重的重量。”“如果只是一个平坦的表面,它会立即弯曲,但是因为它具有这种弯曲的形状,所以坚固得多。”
研究人员通过指示其中一个遥控机器人从屋顶跳下,鞭打其翅膀在半空中张开并滑向地面来对其进行测试。他们把另一个机器人扔到建筑物的二楼。滑到地面后,该机器人重新展开翅膀并沿着地面爬行。该团队还发现,该设计可以适应制造具有拍打翅膀的机器人。
这种折叠风格的设计并非首创。其他研究人员已经用展开的部件建造了类似的设备,包括航天器的太阳能电池板。然而,这些先前的设备使用不能很快打开的刚性板。通过创建在打开时弯曲并在折叠时变平的机翼框架,Cho和他的团队脱离了这种模具。
他说:“我认为我们是第一个真正可以储存能量,然后真正快速地自行打开而无需额外组件的公司。” “结构本身被用作弹簧。”
这意味着,瓢虫启发的机翼可以整齐地折叠起来,使机器人更便携,更便于人或无人机携带。一旦部署完毕,这些机器人的噪音也将比传统无人机少。
在世界各地,研究人员都在研究打造由生物启发的机器人,它们像蝙蝠,昆虫或鸟类一样飞行。
东北大学的机器人专家Alireza Ramezani也对此有所看法:“他们试图将折叠设计集成到这种受生物启发的机器人中的方式很有趣。”“从某种意义上说,它将有望使我们创建出生物启发,更简单、更轻便、反应更灵敏的机器人。”
但是,折叠机器人也有一些缺点,他说。它们只能折叠成有限数量的形状,这限制了机器人可以执行的运动。
Cho说,瓢虫机器人的一个特殊优势是它可以通过折叠翅膀而将其折起,从而使机器人不在空中飞行时也能跳跃或爬行。他计划升级由人工智能控制的下一代机器人,以便他们可以更自主地导航。

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