在探索极限飞行的道路上,四轴飞行器曾被视为理想选择,其操控简便、成本适中。然而,从自然界的角度看,它们并不完美,因为动物们都依靠翅膀进行飞行,而这种方式更具效率和机动性。不过,人类目前尚未能制造出类似生物翅膀的技术,更难以控制复杂的飞行姿态。因此,我们一直依赖于四轴飞行器。
但科技进步是不可阻挡的,伊利诺伊大学和加州理工学院的一组研究人员致力于突破这一局限,他们希望给机器人赋予翅膀。于是,他们开始研发机器蝙蝠。
这项研究历时数年,最终在 ICRA 上发布了一篇论文,并且最近获得了《Science Robotics》的封面文章。这意味着我们可以进一步了解这些机械翼爪。
与鸟类不同,蝙蝠的翅膀结构独特,不仅仅是羽毛是否覆盖,还包括其底层由变质肌肉骨骼系统构成,这种系统拥有超过40个自由度。当扇动时,一些骨头甚至会主动变形。此外,蝙蝠翅膀表面覆盖有调节柔韧性的非均质薄膜,这使得它们能够实现高敏捷性,但也增加了复制这一系统到机器人的难度。
为了克服这个挑战,研究人员将自由度从40降至5(包括肩部、肘部弯曲、手腕和腿部弯曲),这样做虽然不完全模仿自然,但已经能够实现57%以上的飞行能力。他们创建的小型机器蝙蝠,如同埃及果蝠大小,有47厘米宽展且只重93克。
B2 的核心部分涉及5级自由度,以改变翼面的形态并引起空气动力学上的巨大变化。翼面由56微米厚的地基硅胶制成,因此控制这样的“翅膀”完成任务是一个巨大的挑战,最终通过闭环反馈法解决了这一问题。
现在,B2 能够保持稳定地执行直线航道、俯冲和转弯等运动,大体上还原了大多数真实世界中的各种飞行动作。
尽管当前还无法复制所有真实世界中的行为,但它已帮助科学家深入理解如何操作翅膀,以及如何掌握各种状态。不久前,在狭窄空间中或建筑工地应用方面,这种灵活可控的机器人可能成为未来极限任务完成者的重要工具。而要将其推向商业化运营,将需要继续减小电池、小型化驱动设备以及计算设备以达到最佳效果。