最佳无人机:昆虫如何教授瑞士科学家建造更好的无人机

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Anonim

你可以原谅我认为最坚韧,最耐用的机器人会像终结者那样是某种超硬的金属合金骨架,但有时柔软而有弹性是最佳选择。

本周,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的工程师们发表了他们在期刊上制作一款非常整洁,灵活的四轴飞行器无人机的成果。 科学机器人.

就像目前正在开发的越来越多的微型机器人一样,这些无人机也从折纸的轻质折叠结构中借用了一些设计元素。但是,研究人员告诉我们 逆, 一个关键的区别:设计,一种新的复合材料,足够灵活,可以吸收损伤,但刚性足以保持空气动力学,并受昆虫翅膀的材料特性的启发。

“大多数折纸结构都是由刚性层压材料和刚性接头(即由聚酰亚胺或尼龙制成的不可伸展的接头)制成,这会导致局限性,”瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)博士后研究员Stefano Mintchev说。 。 “刚性的原始设备很脆弱,容易撕裂,在碰撞过载时很容易失效。”

Zhi Ern Teoh,一位由哈佛大学训练有素的机械工程师,他开发了自己的折纸式微型机器人, 逆 他对洛桑队的工作印象深刻。

“因为主翼梁是完全刚性的,当它撞到障碍物时,机翼会断裂,”Teoh解释道。 “他们在定制'阈值力'方面做了些什么 - 从刚性到软态的转换阈值 - 我认为这对于需要承受冲击的结构来说非常关键。”

瑞士集团创新的核心是一个伸展的弹性层,有点像橡皮筋,迫切想要回归形态。然后将该层包围并粘附到更刚性的分段外骨骼上。它类似于那些俯卧木制木偶中的一种,当你松开它们内部的绳子时,木偶会下垂和塌陷。在撞击时,无人机在其分段接头处弯曲,弹性层伸展。然后,它弹回形状,准备继续飞行。

当然,建筑也不能太灵活,并且发现微妙的平衡是EPFL团队的材料工程专业知识的来源。

“如果阈值力过低,”Teoh说,“四轴飞行器将无法起飞,对吗?因为你打开全推力的那一刻,推力就会使结构坍塌。“

你可以想象一堆事情正在发生:螺旋桨可能会相互撞击;他们可以在不同的方向上绘制机翼,基本上是对无人机进行绘制和操纵。坦白说,这应该是一团糟。根据Mintchev的说法,寻找合适的抗拉强度,即需要弯曲的阈值,研究昆虫翅膀的类似特征。

“在可折叠结构中战略性地定制刚性和柔软性的挑战是由昆虫掌握的,”Mintchev说。 “他们进化的折纸翅膀由通过柔软的resilin关节连接的角质层的刚性瓷砖组成。”

Mintchev和该小组也看到了这种设计的其他应用,包括更灵活的夹持机制,他们已经建立了原型。

这种设计的一些好处包括一个抓地力,它不太可能破坏它试图捡起的脆弱东西,以及一个无法提升超出其容量的东西的抓地力(只是冒着掉落它的风险,以后)。

“机器人技术的当前趋势是制造更柔软的机器人,”EPFL智能系统实验室主任,新论文的另一位合着者Dario Floreano表示,“它可以适应特定功能并与人类一起安全运行“。

以自己的方式温柔,是力量的象征 - 终结者机器人应该注意的事情。

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