机器之心编辑部报道

黑镜的「机器蜂」原形,今天登上了Nature封面

对于人类来说,制造飞行器总会遭遇很大的挑战,而在体积较小的情况下,情况会变得更加复杂:我们需要使用最轻质的组件,以为电子设备和推进结构腾位置。近日,哈佛大学的 Noah Jafferis、Farrell Helbling 等人提出了一种尺寸极小的飞行机器人 RoboBee X-Wing,研究登上了最近出版的《自然》杂志封面。

顾名思义,这是一种与昆虫大小相当的飞行器,可以短时间无约束飞行。RoboBee 重量仅为 90 毫克,由两个压电传动装置驱动,四张可以往复运动的「翅膀」,另有一组 60 毫克的光伏阵列,以及一个 91 毫克的信号发生器。RoboBee 拥有与昆虫相近的推进效率。

就在这个星期,X-Wing 宣告起飞。

新版 RoboBee X-Wing 以太阳能电池、一对额外的翅膀和改进的制动器为特色,它可以在短时间内无约束地飞行。图源:Harvard Microrobotics Lab

第一代机器蜂设计得非常像蜜蜂,以蜜蜂大小的两翼为特征。毕竟,有着两翼的蜜蜂可以做很多事,所以为什么机器人不能呢?结果发现,有很多因素决定了带有翅膀的机器人无法做到蜜蜂能做的事,至少目前是这样。比如像偏航控制这种事情对机器人来说就不容易,这也是为什么使用四翼而不是两翼设计的机器蜂更有吸引力。

今年的 ICRA 大会上展示了一些令人印象深刻的研究,证实了使用两翼做到偏航控制的可能,但四翼有额外的优势——即更多的翅膀意味着更大的动力,可以提起更多东西。而有了更大的提升力,就有可能设计一只完全独立的机器人昆虫,即使它的外形看起来有点怪怪的。

在本周发布的《Nature》上,来自哈佛 Microrobotics Lab 的研究者展示了一款四翼的 RoboBee。RoboBee 是一款小型的双翼机器人,模仿蜜蜂的设计,目的是创造模仿真实蜜蜂行为的机器人蜂群。研究者将这款四翼机器人称为 RoboBee X-Wing。它由太阳能电池和光源供电,可以自由飞行。

应该指出,这不是第一个能够飞行的光能独立有翅机器虫。在去年的 ICRA 上,来自华盛顿大学的团队展示了一个具有两个翅膀的机器飞虫,可以在激光打到其太阳能电池上时起飞。但哈佛的研究者表示,他们的机器蜂是可以「持续」飞行的,而不仅仅是起飞。

机器蜂 X-Wing 长 5 厘米,重 259 毫克,顶部装有太阳能电池,底部是驱动电路,用以将来自太阳能电池板的电压提高到 200 伏,以驱动制动器,使得翅膀能以 200Hz 的频率震动。

这么排列机器蜂的部件是为了让太阳能电池板远离翅膀扇起的气流,同时将重心保持在翅膀的位置。该机器蜂没有任何的自动控制,但对于持续时间不到一秒的开环飞行,它足够稳定。

选用太阳能电池是因为该机器人无法举起可以为其翅膀供能的电池,因此需要体外供能。UW 使用了激光,但 X-Wing 使用了太阳能。它需要的能量要由三个太阳级别的光照来提供,因为一个不够用。

研究者用一些强光灯模拟了供电过程。这意味着 X-Wing 现在还无法在室外运行,尽管他们表示下一步要将机器人的尺寸增加 25%,而需要的太阳光照水平也将降到 1.5 个。

就目前的版本来说,机器蜂 X-Wing 够轻,还可以装一些传感器之类的东西,但研究者似乎更加关心如何将其所需的能量降到一个太阳或以下。达到这一目标需要一些设计上的优化和额外的集成工作。

最后,机器蜂的名字不由得让我们想起科幻剧集《黑镜》的某一集……

未来的某一天,自然环境中的蜜蜂种群缩小到了无法接受的程度,为了传播花粉,人类开发了机器蜂取而代之。

参考内容:

https://www.nature.com/nature/volumes/570/issues/7762

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/solar-powered-robobee-xwing-flies-untethered

产业Nature机器人
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