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內置傳感器等部件 仿生蝙蝠機器人可實現自主飛行

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近年來 ， 已經有越來越多的仿生機器人面市 ， 如模仿夜猴跳躍能力的“跑酷”機器人、模仿章魚的軟體機器人等 。 最近 ， 美國加州工學院的研究團隊研發出了一款仿生蝙蝠機器人Bat Bot B2 。 其外形和飛行動作 ， 與真蝙蝠非常相似 ， 可自動飛行 ， 其研究成果發表在新一期的《科學機器人》雜志上 。

內置傳感器等部件 仿生蝙蝠機器人可實現自主飛行

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Bat Bot B2仿生蝙蝠機器人 ， 資料圖
據悉 ， 這款仿生蝙蝠擁有復雜的襟翼 ， 是一種完全自我控制、可實現自主導航的機器人 。 它有一個機載計算機和幾個傳感器 ， 使其在環境中飛行過程中自我定位 ， 以及確定肘、臀部和關節的相對位置 。 研究人員沒有為Bat Bot B2每個關節安裝制動器 ， 而只是為翼關節安裝了制動器 ， 從而使機體更薄、更輕 ， 使其總重僅93克 。
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Bat Bot機器人構造 。 圖中 ， A圖是一個機載計算機和幾個傳感器 ， 可使B2在環境中實現自主導航 。 B圖是動態模量分析 。 C圖是定制硅基薄膜和嵌入式碳纖維 。 資料圖
機身構造
具體來說 ， 該蝙蝠機器人無人機由一塊微處理器、一個6自由度慣性測量單元、5個直流電機、碳纖維框架、3D打印零部件組成、硅基薄膜機翼等組成 ， 飛行起來酷似一只蝙蝠 。
據研發人員介紹 ， 為實現蝙蝠機器人的自主飛行 ， 它采用了機載的定制電子部件 ， 導航和控制算法在主控板上實時運行 ， 而處理傳感器數據和控制制動器用的則是單獨的數據采集器 。 其中 ， 傳感器包含有一個慣性測量裝置（IMU）和五個位于肘部、臀部和翅膀關節處的磁編碼器 。
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B2飛行機制和電子結構概述 。 A圖：B2的飛行機制和它的DOFs 。 B圖：臂翼只保持一個致動運動 ， 該動作是由位于肩部的主軸機制產生的推拉運動 。 C圖：腿部機制 。 D圖：B2的電子結構 。 資料圖
飛行機制
至于這款機器人的飛行機制 ， 也是模擬了蝙蝠飛行時翅膀的復雜動作 ， 使其可像真正的蝙蝠那樣在空中飛行和轉彎 。 它全身只有9個關節連接處 ， 而蝙蝠則有40個 。 據了解 ， 其骨頭是用碳素纖維制成的 ， 翅膜則由定制的硅樹脂材料制成 ， 厚度僅56微米 。
【內置傳感器等部件 仿生蝙蝠機器人可實現自主飛行】該機器人的飛行過程由計算機操控 ， 飛行時長則受電池容量限制 。 不過 ， 目前這款蝙蝠機器人模型還是太容易破損 ， 無法投入現實生活中使用 ， 但日后經過加工完善 ， 會有很好的應用 。
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該機器人模仿了蝙蝠飛行時翅膀的復雜動作 。 資料圖
功能及改進
目前 ， 蝙蝠機器人可以完成平穩飛行、巡航（直線飛行的同時以高至10赫茲的速率拍動翅膀）、傾斜飛行、急速俯沖等多類動作 。
不過 ， 目前 ， 它還依賴視覺傳感器來感知周圍環境 。 今后 ， 科研人員將對它進行多方面的改進 。 開發團隊稱 ， 讓這款無人機嚴格模仿蝙蝠飛行不是他們的目標 。 團隊成員計劃從生物系統學習 ， 以改進當前的技術和設計的小型空中無人機 。 例如 ， 可以使用蝙蝠的機翼變形機制 ， 使用獨立的機翼折疊和腿部運動來提出更好的飛行方式 ， 從而控制未來的飛機 。
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蝙蝠機器人無障礙俯沖飛行時的GIF圖 ， 資料圖
未來應用
在未來 ， 工程師們希望這種高度靈活機動的機器人 ， 能夠替代四旋翼無人機 ， 成為人類的好幫手 。 相比四旋無人機 ， 蝙蝠機器人不使用高速轉動的機翼或發出任何其他響亮聲音 ， 所以它相對不會引人注目 。 另外 ， 其機翼可變成任何形狀 ， 以在建筑勘測中避開橫梁 ， 且能自主飛行 ， 因此可在危險區域更高效地進行偵查 ， 幫助救災 。