飞行迷你机器人可以吸附在你的窗户上 [视频]

一种新型微型飞行器通过栖息在树叶或墙壁上而不是悬停来节省宝贵的电力

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鸟类和蜜蜂让栖息看起来很容易,但制造一个可以降落在墙壁、树枝或其他表面上,然后再重新起飞的微型飞行无人机需要大量的工作。这种微型飞行器 (MAV) 以前使用尖刺或磁性起落架,并且消耗大量宝贵的电力才能再次起飞。但来自哈佛大学、麻省理工学院和其他几所机构的研究人员创造了一种微小的扑翼机器人,它实际上颠倒了这个问题——它的顶部像一个圆盘,可以像摩擦气球并将其贴在墙上一样,利用静电吸附在大多数表面上。

这种“静电吸附” MAV 可以通过在表面和头部电极之间产生静电吸引力,悬挂在木材或玻璃表面的底部,甚至树叶上。研究人员在周四发表在《科学》杂志上的一份报告中写道,维持静电连接所需的功率比保持 MAV 在空中飞行相同时间所需的功率“低三个数量级”。该报告的共同作者之一、麻省理工学院机械工程系的博士生莫里茨·亚历山大·格劳尔说:“车辆越小,电力耗尽的问题就越大。”

能够悬挂在结构上而不是 resting 在顶部,也为 MAV 提供了对下方区域的更清晰视野,并在长时间栖息期间提供免受极端天气条件的保护。格劳尔说,头朝下的静电方法的工作原理是改变它所依附的材料的电荷分布。这在光滑的表面上效果最好,因此无人机可以更好地吸附在诸如窗户之类的东西上,而不是粗糙或多孔的表面上。然而,MAV 的静电连接并不是特别牢固,这意味着无人机的重量需要大约为 84 毫克——比蜜蜂还轻。为了重新发射无人机,它会切断圆盘中圆形铜电极的电源,并重新启动机翼。


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正在开发的其他空中迷你无人机使用更多机械方法进行栖息。例如,斯坦福大学的 攀援无人机 使用机载传感器来检测墙壁,然后执行空中机动,使用其腿上的微刺进行着陆和附着,根据伦敦帝国学院航空系工程教授米尔科·科瓦奇的说法。科瓦奇在本周《科学》杂志上发表的文章分析了 MAV 飞行方面的最新进展。在能量守恒方面,正在考虑的其他想法包括利用风力来减轻电池的飞行压力,甚至开发小型 MAV 在飞行中栖息在大型 MAV 上的方法,以便它们可以在不消耗额外能量的情况下行驶更远的距离,科瓦奇说。

 

 

研究人员面临的巨大挑战仍然是整合电池和微处理器,使他们的 MAV 更加自主。当前的迷你无人机依靠电线系绳从外部传感器传输电力和数据,以确定其在飞行中的位置,但研究人员希望构建一个电池供电的版本,具有足够的机载电力和智能,以便在不受约束的情况下飞行。他们还考虑了使无人机能够附着在垂直表面上的可能性。吸附在墙壁上不仅需要更大的粘附力,还需要 MAV 定位自身的方法,以使其机翼不会干扰着陆。

该项目的主要投资人、哈佛大学保尔森工程与应用科学学院的教授 罗伯特·伍德 说,这种无人机可能在实验室中还需要一两年才能实现,并且可能需要长达十年的时间才能为更广泛的开发和使用做好准备。“我看到了在搜救、危险环境探索中的应用——基本上是任何你想拥有低成本和分布式传感 [的] 情况,对于人类来说太困难或太危险,”伍德说。他认为,这项研究的更直接的好处将来自从零开始解决开发这种规模设备的技术挑战。伍德和他的同事现在使用开发的微制造技术来构建他们的 MAV,同样也创建了用于微创手术程序的铰接式和传感器负载的显微外科工具。

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