麻省理工學(xué)院(MIT)助理教授Yufeng Chen近期發(fā)表了一篇“昆蟲”無人機(jī)的論文，該無人機(jī)長、寬都僅有幾厘米，質(zhì)量小于1克，在飛行中發(fā)生碰撞、翻滾也能迅速恢復(fù)飛行。

該論文名為《具有高度敏捷性的抗碰撞昆蟲級軟驅(qū)動空中機(jī)器人(Collision Resilient Insect-Scale Soft-Actuated Aerial Robots With High Agility)》，發(fā)表于IEEE Transactions on Robotics。

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9357346

一、模仿昆蟲，做常規(guī)無人機(jī)做不到的事

蒼蠅、蚊子等昆蟲可能是人們最討厭的昆蟲，因?yàn)檫@些昆蟲不僅敏捷，還具備彈性。這種特性使它們可以在狂風(fēng)、多障礙物等復(fù)雜情況下快速飛行，即使遭遇撞擊也可以很快恢復(fù)。

通常來說，無人機(jī)并不具備這樣的特性，其飛行過程中需要寬闊的空間，并避免撞擊。

但是Yufeng Chen和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“昆蟲”無人機(jī)無懼碰撞，可以在復(fù)雜、混亂的空間中移動。據(jù)悉，該無人機(jī)具備前所未有的靈巧和彈性，即使飛行中被擊中也可以在0.16秒內(nèi)翻身恢復(fù)，翻筋斗等高難度動作也不在話下。

這種“昆蟲”無人機(jī)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、搜救等多個領(lǐng)域都很有幫助。

如密閉發(fā)動機(jī)的內(nèi)部檢查、人工授粉和進(jìn)入狹窄空間搜救等任務(wù)都可以由這種無人機(jī)完成，而現(xiàn)有的常規(guī)無人機(jī)則很難完成這些任務(wù)。

Yufeng Chen稱，有時候無人機(jī)尺寸并非越大越好。

康奈爾大學(xué)的助理教授Farrell Helbling認(rèn)為，“昆蟲”無人機(jī)的研發(fā)是一項(xiàng)令人印象深刻的壯舉，飛行中該無人機(jī)無懼碰撞更是大大擴(kuò)展了其實(shí)際用途。

二、重量僅6克，形似小磁帶盒

Yufeng Chen及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這款新型“昆蟲”無人機(jī)的質(zhì)量僅有0.6克，大約和一只大黃蜂差不多重。其形狀看起來有點(diǎn)像帶翅膀的小磁帶盒。

雖然“昆蟲”無人機(jī)的樣子有點(diǎn)名不副實(shí)，但是這種無人機(jī)為研究昆蟲飛行的生物和物理科學(xué)家提供了一種新的研究途徑。

研究昆蟲飛行的科研人員可以改變一些無人機(jī)的動力學(xué)和流體力學(xué)參數(shù)，并通過觀察無人機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)如何變化，更加深入的了解昆蟲飛行原理。

由于接近昆蟲大小的無人機(jī)與大型無人機(jī)構(gòu)造截然不同，Yufeng Chen及其團(tuán)隊(duì)已多年探索如何解決微型無人機(jī)研發(fā)方面的挑戰(zhàn)。

三、采用新致動器，每秒可扇近500次翅膀

早在2019年，這一研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于微型無人機(jī)的論文已經(jīng)登上頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》。過去兩年，研究團(tuán)隊(duì)為了使無人機(jī)更耐擊打而設(shè)計(jì)更加優(yōu)化的方案，使得新一代無人機(jī)在功率密度等性能方面有了顯著的提升。

大型無人機(jī)通常使用電動機(jī)為其提供動力，但是對于“昆蟲”無人機(jī)來說，合適尺寸的電動機(jī)卻很難提供足夠的動力。

之前第一代微型無人機(jī)采用的是基于壓電陶瓷材料的剛性驅(qū)動器，這種剛性驅(qū)動器卻非常脆弱，無法像昆蟲一般從碰撞中恢復(fù)繼續(xù)飛行，所以Yufeng Chen團(tuán)隊(duì)只能放棄這種方案。

Yufeng Chen為了解決碰撞問題，設(shè)計(jì)了一種新型介電彈性體致動器(DEA)。

這種彈性體致動器由碳納米涂層包裹的薄橡膠圓筒制成，如果施加電壓到碳納米涂層，涂層就會產(chǎn)生靜電力，擠壓、拉長橡膠筒，而反復(fù)的伸長和收縮則使無人機(jī)機(jī)翼快速跳動，其機(jī)翼每秒可拍動近500次，產(chǎn)生升力。

Farrell Helbling認(rèn)為，該技術(shù)投入實(shí)用的下一步是使無人機(jī)擺脫電源線的束縛。

目前由于彈性體致動器的工作電壓較高，只能連線提供電壓。如果Yufeng Chen團(tuán)隊(duì)能夠降低操作電壓，那“昆蟲”無人機(jī)將實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中無繩自由飛行。

此外為了使無人機(jī)更像昆蟲，Yufeng Chen正在研發(fā)一種蜻蜓形狀的原型機(jī)。

結(jié)語：“昆蟲”靈感正啟發(fā)更多無人機(jī)創(chuàng)新

仿生無人機(jī)一直是無人機(jī)領(lǐng)域的重要課題，德國費(fèi)斯托公司曾研發(fā)一種“仿生蝴蝶”無人機(jī)，能夠像蝴蝶一樣翩翩起舞，我國西北工業(yè)大學(xué)也曾研制出“信鴿”無人機(jī)。

Yufeng Chen的無人機(jī)在該領(lǐng)域潛力巨大，隨著新材料與電源技術(shù)的改進(jìn)，“昆蟲”無人機(jī)的性能仍有較大提升空間，其新型介電彈性體致動器設(shè)計(jì)巧妙，為仿生無人機(jī)研究提供了新的思路。