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  • 【新品】蜂鳥機器人能到達連無人機都去不了的地方,參與救援活動


    圖片來源:普渡大學視頻/生物機器人實驗室)
     
      普渡大學的研究人員設計了類似蜂鳥的飛行機器人,這些機器人通過機器學習算法進行訓練,從而學習到鳥類每天使用的各種技術。
     
      這意味著,通過模擬中學習后,機器人能“知道”如何像蜂鳥一樣自行移動,比如辨別出何時要做出逃脫動作。
     
      人工智能與靈活的撲翼相結合,也讓機器人能夠自學新技巧。即使機器人還看不到東西,它也能通過觸摸表面來感知。每次觸摸都會改變電流,這使研究人員意識到他們可以跟蹤電流。
     
      普渡大學的機械工程副教授Xinyan Deng說:“基本來說,機器人可以在看不到周圍環境的情況下創建出地圖。這可能有助于機器人在黑暗的地方搜尋受害者,同時,這也意味著如果我們能讓機器人有看到東西的功能,那么它就可以少加一個傳感器。”
     
      團隊的研究人員將于5月20日在蒙特利爾舉行的2019年IEEE機器人與自動化國際會議上展示他們的作品。
     
      由于傳統空氣動力學的工作原理,無人機無法制成無限小的形態。否則,它們無法產生足夠的升力來支撐它們的體重。
     
      但是蜂鳥不使用傳統的空氣動力學,并且,它們的翅膀具有彈性。Deng說:“這是物理性質上的不同。空氣動力學本質上是不穩定的,具有高攻角和高升力。這使小型飛行動物的存在變成可能,也讓我們縮小撲翼機器人變成可能。”
     
      多年來,研究人員一直試圖解碼蜂鳥飛行,這樣機器人就可以在大型飛機無法飛行的地方飛行。2011年,由美國國防部高級研究計劃局委托的AeroVironment公司就制造了一種蜂鳥機器人,它比真實的蜂鳥更重,但是速度又沒那么快,具有類似直升機的飛行控制和有限的機動性。它需要人類不停地遠程控制。
     
      多年來,Deng的團隊和她的合作者一直在蒙大拿州研究蜂鳥。他們記錄蜂鳥的關鍵動作,比如快速轉動180度,并將它們轉換為計算機算法,從而使機器人在模擬時可以學習。
     
      對昆蟲和蜂鳥物理學的進一步研究使普渡大學的研究人員能夠制造出比蜂鳥更小的機器人——甚至可以像昆蟲一樣小,并且不影響它們飛行的方式。Deng表示,尺寸越小,翅膀拍打的頻率就越大,飛行效率就越高。
     
    (這個蜂鳥機器人在連接能量源的同時就可以自行飛行,但不久還將通過電池供電。
    圖片來源:普渡大學視頻/生物機器人實驗室)
     
      蜂鳥機器人的身體和翅膀都是3D打印的,且由碳纖維和激光切割膜制成。研究人員制作了一個重達12克的蜂鳥機器人,通常,這是一個成年蜂鳥的重量,并且,它可以舉起超過自身重量27克的物體。另外,研究人員還制作出了一個重達1克的昆蟲大小的機器人。
     
      要設計出具有更高升力的機器人,研究人員就要提供更多的擺動空間,最后再加上電池和傳感技術,比如相機或GPS。研究人員表示,目前,機器人在飛行時需要被連接到一個能源上,但這種情況不會持續太長時間。
     
      機器人可以像真正的蜂鳥一樣安靜地飛行,使它們更適合秘密行動。研究人員通過測試油箱中動態縮放的翅膀,從而證明了它們在湍流時也能保持穩定。
     
      這個蜂鳥機器人只需要兩個電機,并且每個電機都可以獨立控制每個翅膀,這就是飛行動物在自然界中進行高度敏捷操作的原理。
     
      Deng說:“真正的蜂鳥有多組肌肉可以做飛行和轉彎的動作,但是機器人的重量應該盡可能的輕些,這樣機器人就能以最小的重量具有最大的性能。”
     
      蜂鳥機器人不僅可以幫助進行搜索和救援任務,還可以讓生物學家通過逼真的機器人感官更好地在自然環境中研究蜂鳥。
     
      Deng說:“我們從生物學中學到了如何創造出這個機器人,現在,通過機器人的額外幫助,我們也能獲得更多的生物學發現。”
     
      這個技術的模擬已在https://github.com/purdue-biorobotics/flappy上開源,感興趣的話,可以點擊查看。
     
      這個蜂鳥機器人的早期工作,包括了與蒙大拿大學布雷特托巴爾斯克小組合作的蒙大拿蜂鳥實驗,得到了國家科學基金會的資助。
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