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  • 【新品】蜂鸟机器人能到达连无人机都去不了的地方,参与救援活动


    图片来源:普渡大学视频/生物机器人实验室)
     
      普渡大学的研究人员设计了类似蜂鸟的飞行机器人,这些机器人通过机器学习算法进行训练,从而学习到鸟类每天使用的各种技术。
     
      这意味着,通过模拟中学习后,机器人能“知道”如何像蜂鸟一样自行移动,比如辨别出何时要做出逃脱动作。
     
      人工智能与灵活的扑翼相结合,也让机器人能够自学新技巧。即使机器人还看不到东西,它也能通过触摸表面来感知。每次触摸都会改变电流,这使研究人员意识到他们可以跟踪电流。
     
      普渡大学的机械工程副教授Xinyan Deng说:“基本来说,机器人可以在看不到周围环境的情况下创建出地图。这可能有助于机器人在黑暗的地方搜寻受害者,同时,这也意味着如果我们能让机器人有看到东西的功能,那么它就可以少加一个传感器。”
     
      团队的研究人员将于5月20日在蒙特利尔举行的2019年IEEE机器人与自动化国际会议上展示他们的作品。
     
      由于传统空气动力学的工作原理,无人机无法制成无限小的形态。否则,它们无法产生足够的升力来支撑它们的体重。
     
      但是蜂鸟不使用传统的空气动力学,并且,它们的翅膀具有弹性。Deng说:“这是物理性质上的不同。空气动力学本质上是不稳定的,具有高攻角和高升力。这使小型飞行动物的存在变成可能,也让我们缩小扑翼机器人变成可能。”
     
      多年来,研究人员一直试图解码蜂鸟飞行,这样机器人就可以在大型飞机无法飞行的地方飞行。2011年,由美国国防部高级研究计划局委托的AeroVironment公司就制造了一种蜂鸟机器人,它比真实的蜂鸟更重,但是速度又没那么快,具有类似直升机的飞行控制和有限的机动性。它需要人类不停地远程控制。
     
      多年来,Deng的团队和她的合作者一直在蒙大拿州研究蜂鸟。他们记录蜂鸟的关键动作,比如快速转动180度,并将它们转换为计算机算法,从而使机器人在模拟时可以学习。
     
      对昆虫和蜂鸟物理学的进一步研究使普渡大学的研究人员能够制造出比蜂鸟更小的机器人——甚至可以像昆虫一样小,并且不影响它们飞行的方式。Deng表示,尺寸越小,翅膀拍打的频率就越大,飞行效率就越高。
     
    (这个蜂鸟机器人在连接能量源的同时就可以自行飞行,但不久还将通过电池供电。
    图片来源:普渡大学视频/生物机器人实验室)
     
      蜂鸟机器人的身体和翅膀都是3D打印的,且由碳纤维和激光切割膜制成。研究人员制作了一个重达12克的蜂鸟机器人,通常,这是一个成年蜂鸟的重量,并且,它可以举起超过自身重量27克的物体。另外,研究人员还制作出了一个重达1克的昆虫大小的机器人。
     
      要设计出具有更高升力的机器人,研究人员就要提供更多的摆动空间,最后再加上电池和传感技术,比如相机或GPS。研究人员表示,目前,机器人在飞行时需要被连接到一个能源上,但这种情况不会持续太长时间。
     
      机器人可以像真正的蜂鸟一样安静地飞行,使它们更适合秘密行动。研究人员通过测试油箱中动态缩放的翅膀,从而证明了它们在湍流时也能保持稳定。
     
      这个蜂鸟机器人只需要两个电机,并且每个电机都可以独立控制每个翅膀,这就是飞行动物在自然界中进行高度敏捷操作的原理。
     
      Deng说:“真正的蜂鸟有多组肌肉可以做飞行和转弯的动作,但是机器人的重量应该尽可能的轻些,这样机器人就能以最小的重量具有最大的性能。”
     
      蜂鸟机器人不仅可以帮助进行搜索和救援任务,还可以让生物学家通过逼真的机器人感官更好地在自然环境中研究蜂鸟。
     
      Deng说:“我们从生物学中学到了如何创造出这个机器人,现在,通过机器人的额外帮助,我们也能获得更多的生物学发现。”
     
      这个技术的模拟已在https://github.com/purdue-biorobotics/flappy上开源,感兴趣的话,可以点击查看。
     
      这个蜂鸟机器人的早期工作,包括了与蒙大拿大学布雷特托巴尔斯克小组合作的蒙大拿蜂鸟实验,得到了国家科学基金会的资助。
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