仿生机器人再度突破!普渡大学研发出最逼真的3D打印蜂鸟机器人

编辑:三迪时空2019-08-08 08:14:41 关键字:机器人,蜂鸟,研究,进行,飞行,控制,无人机,机翼,人员,鸟类,航空环境公司,aero,纳米蜂鸟,磁性传感器,3d打印技术

原标题:仿生机器人再度突破!普渡大学研发出最逼真的3D打印蜂鸟机器人

近日,普渡大学的研究人员发表了一篇论文阐述了他们近期的研究成果,其依托于仿生学的原理,模仿蜂鸟的运动研究出一种蜂鸟无人机,能够实现像机器人一样进行操纵。值得注意的是,该无人机的机身采用3D打印技术制成。

仿生机器人再度突破!普渡大学研发出最逼真的3D打印蜂鸟机器人

为什么要模仿蜂鸟而不是其他的鸟类呢?蜂鸟与其他鸟类飞行方式不同,它是鸟类中唯一可以向后飞行的种类,蜂鸟的身体特别小,其飞行原理与传统空气动力学不同,蜂鸟可以通过快速振动翅膀在空中进行悬停,大概每秒中可振动15—80次。因此研究人员借鉴蜂鸟飞行原理设计了新型蜂鸟机器人。事实上,关于蜂鸟机器人的研究早在198年就已经开始,最初由美国国防部的研究所进行开发的一种无铰链刚性旋翼概念机,最初的一代无人机能够进行垂直起降。

而后在2009年由日本科学家研发出了真正意义上的蜂鸟机器人,其可在空中进行悬停,真正的模仿蜂鸟飞行特点而实现。2011年,有40年历史的飞行器制造公司、位于美国加州的航空环境公司(AeroVironment)研发了名为“纳米蜂鸟(Nano Hummingbird)”的无人机,当年被时代杂志评为50大创新发明之一。

仿生机器人再度突破!普渡大学研发出最逼真的3D打印蜂鸟机器人

而此次的研究创新与之前的研究有很多不同之处,由普渡大学研发的蜂鸟无人机,是通过物理模拟和人工智能衍生的算法进行控制,机身采用3D打印技术制成,而机翼(170毫米跨度)采用碳纤维框架支撑 ,并结合激光切割膜制成,具有很高的灵活性和弹性。仅使用两个执行器,每个机翼一个,并且带有传感器(磁性传感器,陀螺仪,加速度计)和MCU。蜂鸟最大的特点就是可以向后飞行,同时偏航180°并重新稳定,机翼节拍都需要四分之一秒。因此该机器人的控制是非常困难的,研究人员通过基于模型的非线性控制进进行名义控制,同时通过AI在模拟训练中进行强化学习,并不断优化使得系统更加稳定,此方法有效的实现了控制,并且实现了类似蜂鸟的快速回避的动作。

除了控制之外,该团队通过在机翼拍打时监控电机电流,给机器人一种接近感和触觉感。这使得机器人能够跟随地形,沿着墙壁,穿过狭窄的走廊。这种蜂鸟机器人可能会被用于军用侦查、搜救等多方面,在一定程度上具有很深的研究意义,期待国内研究人员能够在这方面取的突破。

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