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談到無人機，很多不明真相的吃瓜群眾都把它跟四軸飛行器畫上等號，甚至認為無人機就應(yīng)該是四軸的。但是，最近美國研發(fā)團隊耗資150萬美元，歷經(jīng)數(shù)年研發(fā)出了一款蝙蝠機器人，這款機器人能完成翱翔 、滑行、俯沖，有人認為，這種帶翅膀的機器人才是無人機的最佳飛行形態(tài)。 談到無人機，很多不明真相的吃瓜群眾都把它跟四軸飛行器畫上等號，甚至認為無人機就應(yīng)該是四軸的。但是，最近美國研發(fā)團隊耗資150萬美元，歷經(jīng)數(shù)年研發(fā)出了一款蝙蝠機器人，這款機器人能完成翱翔 、滑行、俯沖，有人認為，這種帶翅膀的機器人才是無人機的最佳飛行形態(tài)。 20170206 05 robot01 重量僅85克的蝙蝠機器人 據(jù)英國《每日郵報》報道，美國研發(fā)團隊耗資150萬美元，歷經(jīng)數(shù)年研發(fā)出了一款蝙蝠機器人，這款機器人能完成翱翔 、滑行、俯沖，并將有可能在其他無人機附近盤旋。 目前，蝙蝠機器人能在空中拍翅膀翱翔，節(jié)能滑行，有必要時也能完成俯沖。研發(fā)人員希望其最終能像真蝙蝠一樣能倒掛起來，但這要等到其后續(xù)版本。 《Science Robotics》雜志中一份研究報告的三位作者表示：“由于能模仿蝙蝠靈活獨特的飛行方式，這款重量僅為3盎司(約85克)的飛行器在災(zāi)區(qū)及建筑區(qū)的飛行表現(xiàn)比普通無人機更加出色和安全?！? 其中一位作者、伊利諾伊大學的工程學教授Seth Hutchinson說：“例如，蝙蝠機器人可以成為福島核電站核泄漏后進行災(zāi)情調(diào)查的絕佳選擇?！? 另一位作者、加州理工學院的航空航天教授Soon-Jo Chung表示：“每當我看見蝙蝠在空中急轉(zhuǎn)彎，優(yōu)雅地收起翅膀完成倒掛動作時，我變得非常著迷?！薄斑@款蝙蝠機器人擁有9個關(guān)節(jié)，從頭到尾不到8英寸，其翅膀展開時能達1.5英尺(約0.46米)，拍翅頻率達每秒10次?！? 這支研發(fā)團隊仍需增加攝像機，打造更多無人機，及從聯(lián)邦機構(gòu)獲得操控這些蝙蝠機器人的許可。但Hutchinson表示，這些蝙蝠機器人在五年內(nèi)便可投入使用。 無人機：翅膀比四軸更好？ 蝙蝠的翅膀與鳥類完全不同，其差異可不只翅膀上有沒有羽毛覆蓋。通常，當機器學家制作類鳥或類昆蟲型的機器人時，它們會盡力去模仿此類動物的翅膀，或者在整個翅膀結(jié)構(gòu)中加入幾個剛性部件。 不過，蝙蝠的翅膀工作原理有所不同，其翅膀的底層結(jié)構(gòu)是由變質(zhì)的肌肉骨骼系統(tǒng)組成的，這套系統(tǒng)自由度（DoF）大于40，扇動翅膀時，蝙蝠身上的某些骨頭甚至會主動變形。此外，蝙蝠翅膀表面表面覆蓋了一層具有柔韌度調(diào)節(jié)能力的非均質(zhì)薄膜。研究人員表示，如此復雜的飛行系統(tǒng)讓蝙蝠獲得了超高的敏捷度，但也提高了人們在機器人身上復制這套飛行系統(tǒng)的難度。 由于無法完整的復制蝙蝠“恐怖”的自由度（會造成機器人過于沉重和復雜），研究人員決定將其自由度從40直接降到5（包括肩部、肘部動作，手腕彎曲和腿部與尾巴的左右彎曲）。這樣的機器蝙蝠雖然不算完美，但已經(jīng)可以擁有蝙蝠57%的飛行能力。研究人員打造的蝙蝠機器人與埃及果蝠大小類似，翼展為47厘米。
機器蝙蝠的核心組件
蝙蝠機器人需要用到5級自由度是翼面形態(tài)的要求，伸展、彎曲和扭曲等動作都會影響翼面的底層結(jié)構(gòu)，引發(fā)空氣動力學上的巨大變化。 蝙蝠機器人的翼面由柔性硅膠膜制成，其厚度僅為56微米，因此要想控制這樣的“翅膀”完成飛行任務(wù)是個巨大的挑戰(zhàn)。最終，研發(fā)人員用閉環(huán)反饋法解決了這一問題。 眼下，蝙蝠機器人已經(jīng)能在保持穩(wěn)定的情況下完成直飛、俯沖和轉(zhuǎn)彎等動作，還原蝙蝠的大部分飛行形態(tài)了。 蝙蝠是種頗為神奇的動物，它不但能倒吊在洞穴中，還能將抓到的昆蟲藏在翅膀中帶回家享用。不過，雖然眼下蝙蝠機器人還不能復制所有蝙蝠的能力，但它已經(jīng)幫研究人員深入了解了蝙蝠的工作方式，蝙蝠如何扇動翅膀、如何控制飛行狀態(tài)都不再是個謎。 未來，動作靈活的蝙蝠機器人可以負責完成許多極限飛行任務(wù)（如狹窄空間中），研究人員也非常看好它未來在建筑工地中的應(yīng)用。 蝙蝠機器人的商業(yè)化運營可能還遙遙無期，但要想將其變成現(xiàn)實，研究人員就必須繼續(xù)努力探索如何完成電池、驅(qū)動器和計算設(shè)備的小型化和輕量化。