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2017-10-26

那个只会「跳水」的 RoboBee 微型机器人,如今终于学会了「鲤鱼跃龙门」

一年前,深圳湾曾介绍一款由哈佛大学研发的仿生机器人 RoboBee,该机器人只有硬币大小,可以在空中飞行,也可以潜入水中,但是不能从水里回到空中。

现在哈佛大学的研究人员推出了新版的 RoboBee 机器人,不仅保留了 RoboBee「天上飞 」和「水里游」的能力,还让 RoboBee 拥有了「冲出水面」的能力。

「这是世界上第一个能够穿越不同环境的微型机器人,」该项目的研究员 Yufeng Chen 说:「我们设计了新的机械结构,能够让机器人从水里过渡到空气中,这对于自然界中的昆虫来说都是个不小的挑战。」

设计该机器人最大的挑战来自于机器人的尺寸和水的密度。由于水的密度远大于空气,如果机器人的翅膀在水中扇动太快会断裂,若扇得太慢则无法在空气中飞行。 研发人员通过大量实验以及理论模型的验证,找到最佳的扇动频率:当机器人在空气中扇动翅膀的频率为 220 Hz 到 300 Hz,在水中的频率为 9 Hz 到 13 Hz 时,机器人就能保证在两种介质中移动速度的平滑过渡。

另外一个设计挑战是水面张力,水面的表面张力对于微型机器人来讲就像是一堵「无法穿过」的墙。为了冲破水面张力,研究人员在机器人身上设计了一个轻巧的腔室、一个电解器、一个火花器。当机器人上浮到水面时,腔室里的电解器将水分子电解成氢气和氧气,把机器人的翅膀推出水面,然后火花器点火,点燃混合气体,将机器人推出水面。

为了增加 Robo-Bee 的负载能力,研究人员改善了前作的动力装置,新作 RoboBee 的负载量是前作的三倍,足以承载上述所有的新装置,并且重量只有 175 毫克,比前作还轻 90 毫克。

不过,由于 Robo-Bee 没有任何传感器和运动跟踪器来捕捉它的姿态和位置,所以 RoboBee 被推出水面后还无法保持飞行,研发人员表示,这个问题会在未来的研究中解决。

「我希望未来的微型机器人设计者能够从 RoboBee 中获得灵感,开发出可以适应不同地形并执行特定任务的微型机器人,」Yufeng Chen 说到,「我们也会持续优化 RoboBee,让它的功能更加丰富。」

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