仿昆虫机器人，如何灵活又坚固？

文/陈根

无人机的开发让人们的生活更加便利。现在,在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域我们都可以看到无人机的身影。

通常情况下,无人机需要广阔的开放空间,因为它们既不能灵活地在狭窄的空间中导航,也不够结实。就此问题,近日,麻省理工学院副教授陈宇峰(Kevin Yufeng Chen)根据昆虫非凡的技能特性,构建了一个具有昆虫的敏捷性的系统。

一般来说,昆虫在飞行中可以表现出非凡的特技和韧性。这些特性帮助它们在空中航行,即便要面临阵风、障碍物和普遍的不确定性。但想要模拟昆虫的敏捷性而构建系统,难度无疑是巨大的——仿昆虫的小型无人机结构与大型无人机完全不同。大型无人机通常由电机提供动力,当缩小它们时,电机就会失去效率。

因此,对于类昆虫机器人的续航能力,人们仍需要寻找一个替代品。到目前为止,主要的替代方案是采用一种由压电陶瓷材料构建的小型刚性执行器,但这种执行器非常脆弱。

而此次研究中,研究人员使用软性的执行器代替坚硬易碎的执行器。软执行器由涂有碳纳米管的薄橡胶圆柱体制成。当对碳纳米管施加电压时,它们会产生一种静电,挤压并拉长橡胶圆柱体。反复的伸长和收缩导致无人机的翅膀快速跳动。

这种致动器可以每秒拍打近500次,赋予无人机类似昆虫的弹性。并且就算在它飞行时击中它,它也能够复原。另外,这款无人机还可以在空中做翻筋斗等攻击性动作。

研究人员表示,此次“空中机器人”的开发,其目的不仅仅是为昆虫学教科书“添砖加瓦”,更是希望无人机可以在工业和农业中发挥作用,比如帮助人类为农作物授粉,或是在狭窄空间内对机器进行检查。这款灵活的昆虫级“空中机器人”赋予未来以广阔的想象空间,其发展也将带来更多的可能性。