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259毫克史上最轻无人机诞生《新闻》

发布时间:2020-08-18 10:13:29 阅读: 来源:保温材料设备厂家

没有最轻,只有更轻!早在1989年,世界上第一台仿昆虫机器人就出现了。数十年来,机器人越来越小,越来越轻量化。《自然》杂志6月26日发表的封面文章介绍了一款有史以来最轻的自主飞行器——美国哈佛大学团队研发出一款名为“机器蜂”(robobee x-wing)的仿飞行昆虫无缆机器人,总重259毫克,翼展3.5厘米,高6.5厘米,它使用太阳能电池,可以在无需外接电源线的情况下持续飞行。

这个微型飞行器重量相当于一颗感冒胶囊,比回形针还轻,可用于在狭窄空间执行环境监测或导航任务。

1秒试飞成功

据英国《自然》周刊刊载的研究报告,这架名为“机器蜂”的无人机翼展3.5厘米,首次不借助外力试飞成功,飞行时间1秒。

模仿自然界飞行的昆虫不是一件简单的事,其需要空气动力、高效电池、高科技材料等多方位的技术支持。

据了解,“机器蜂”主要由两部分组成:其一是90毫克的“蜜蜂”身体,带有4个翅膀,包含两个氧化铝强化的压电致动器,以此提高空气动力学效率。其二是169毫克的集成系统以及电子设备,包括“蜜蜂”身体上方的太阳能系统。

2大技术看点

这只“蜜蜂”有4个翅膀,成功实现“无绳飞行”

此前,哈佛大学制作出了类似的飞行器。因为负重能力有限,老版的“机器蜂”需要外接电源线,通过电源线把外置的太阳能电池和电子面板连接到飞行器上。为了“剪掉”这条外接电源线,研究人员给蜜蜂机器人增加了第二对机翼。

如今,在最新版的“机器蜂”身上,陶瓷制成的“人造肌肉”通电后可自动伸缩,带动4个翅膀飞行,每秒钟扇动120次,振翅的声音非常微弱。

参与研究的哈佛大学韦斯仿生工程研究所罗伯特·伍德教授说:“这是数十年研制的结果。”

飞行器研制难题之一是在确保提供足够动力的前提下尽可能减轻飞行器重量。对小型飞行器而言,如何平衡动力和“体重”更加困难。在经历了多次改造之后,研究人员为“机器蜂”添加第二对翅膀,将传统的无人机四轴换成类似昆虫薄如蝉翼的翅膀,提高了飞行效率。研究人员诺亚·贾弗里说:“这可以让它产生更大升力,同时又不会消耗更多动力。”

从两翼到四翼的变化以及马达和传动比的调整使得飞行器更加高效,飞行高度增加,在不使用更多动力的情况下装载更多。因此,改动后的“机器蜂”成功地将电池和其他电子设备集成在飞行器上,实现“无绳飞行”。

超轻电源电路+太阳能,让“机器蜂”飞了起来

飞行器的能耗一般较高,小型飞行器尤甚。由于市场上现有电池,即使最小的也比“机器蜂”重。因此“机器蜂”不可能靠体内安装充电电池来驱动飞行。伍德说:“我们不得不研究对策,解决飞行器效率难题,开发超轻电源电路并融入高效率的太阳能电池。”

“机器蜂”可携带最多6块太阳能电池板,太阳能电板安装在四翼上方。它的太阳能电池单个重10毫克,在太阳光照最强时每毫克电池可发电0.76毫瓦特。与点亮一串led圣诞灯串上的一个灯泡相比,驱动一个“机器蜂”所需的能量更少。

不过,即便高效,“机器蜂”仍需3个太阳的光照强度所产电能才能飞行,所以无法在户外飞行。在实验室内,研究人员用卤素灯模拟足够强度的光照,使“机器蜂”试飞成功。另外,为了延长飞行器寿命,研究人员使用了低电压,飞行器能在该低压状态下维持短时间无缆飞行。目前,“机器蜂”飞行达到的最大高度为12厘米,最大垂直速度每秒0.36米,最大总速度每秒0.7米。

相比于大型飞机在广阔的天空翱翔,这种微型机器人在调查勘探方面更具潜力。它能够从自然灾害、作物病害甚至战争地区中收集图像和数据,小到不包含任何机械杠杆、齿轮;用于医疗领域,可帮助人类完成大型器械难以到达的区域。

这种微型飞行机器人在搜救行动中会对人类起到极大帮助——它们可以在倒塌的建筑物里、微小狭窄的空间中飞行,搜寻幸存者。

另一方面,“机器蜂”之类微型机器人也能应用于监听等领域。

综合新华社、科技日报等报道

来源:扬子晚报

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